稀土硼化物的表面等离子体共振光学特性研究

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局域表面等离子体共振是指,在入射光激发下,纳米结构表面的自由电子集体振荡的的行为。影响局域表面等离子体共振因素包括:粒子组成元素、粒径尺寸、几何形貌、粒子周围介质环境以及粒子间的距离等。由于局域表面等离子体共振的吸收具有尺寸依赖性,通过调节粒径,可实现共振吸收峰的移动,对入射光进行选择性吸收。稀土六硼化物ReB6,具有功函数小、硬度大、熔点高、导电率高等特点,被广泛应用于工业及国防工业的各个领域。本论文以LaB6、SmB6和EuB6的纳米颗粒为研究对象,利用Drudemodel得到介电函数,与自洽的Kramers-Kronig relationships联立,来研究局域表面等离子体共振的光学性质,如:吸收系数、消光系数、能量损耗、折射率和反射率。通过化学组成、尺寸等因素的调节,调控共振吸收位置。研究的主要内容及结果如下:1、利用Drude model得到介电函数,结合自洽的Kramers-Kronig relationships,研究了纳米颗粒LaB6、SmB6和EuB6的光学性质。发现纳米颗粒LaB6、SmB6和EuB6的吸收最强的位置分别为1200nm、1500nm、2000nm,其吸收强度是逐渐减弱,其中LaB6NPs的现象最明显。这是由于稀土六硼化物中形成导带的Re5d和B2s电子云重叠的减小,使得自由电子的密度减小和传导性减弱。从而引起LSPRs吸收峰红移。2、对于同种化学组成,LSPRs的吸收随粒径的变化。LaB6纳米颗粒:当R <80nm时,LSPRs吸收峰位由870nm红移到3000nm;当R <80nm时, LSPRs消失。SmB6纳米颗粒:当R <130nm时,LSPRs吸收峰位由700nm红移到4300nm;当R <130nm时,LSPRs消失。EuB6纳米颗粒:当R <70nm时,LSPRs吸收峰位由1350nm红移到4900nm;当R <70nm时, LSPRs消失。LSPRs表现出对粒径的依赖。3、对LaB6薄膜的局域表面等离子体共振吸收进行了研究。通过改变薄膜沉积的时间,使得LaB6薄膜的吸收峰位由950nm红移到了1250nm。从LaB6薄膜的AFM形貌发现,薄膜表面存在着大量高低不平的突起。在入射光照下,由于局域表面等离子体的作用,突起表面的电子重新分布,使得对入射光选择性吸收。由于LaB6薄膜LSPRs的强吸收位于近红外区域且为宽谱吸收,其红外成像结果可应用于对近红外激光器的宽波段防护;同时LaB6薄膜在在可见光区域具有良好的透过性,可作为窗口材料应用在汽车和建筑物的玻璃上来实现对太阳光热辐射的阻隔。
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