Взаимосвязь структурных и оптических характеристик самоорганизующихся плазмонно-резонансных наноколлоидов

• Автор: Герасимов, Валерий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Обзор литературы

Глава 2. Моделирование структурообразования в дисперсных системах

2.1. Модели роста агрегатов наночастиц, воспроизводящие их естественную структуру

2.1.1. Описание разработанной модели быстрой коагуляции .

2.1.2. Модель броуновской динамики

2.1.3. Оптимизация алгоритма

Глава 3. Исследование структурных характеристик агрегатов наночастиц

3.1. Фрактальная размерность агрегатов наночастиц

3.2. Локальная анизотропия окружения частиц в агрегате

3.3. Основные уравнения метода связанных диполей. Спектры экс-
тинкции агрегатов наночастиц
3.4. Корреляция структурных и оптических характеристик фрактальных наноагрегатов
3.5. Моделирование сжатия агрегата в полимерной матрице
3.6. Модификация структуры фрактальных агрегатов при их осаждении на плоскую диэлектрическую подложку
Глава 4. Оптические свойства плазмонно-резонансных коллоидных кристаллов
4.1. Спектры экстинкции, поглощения, рассеяния кристаллизующихся плазмонно-резонансных наноколлоидов

4.1.1. Влияние размера частиц кристалла
4.1.2. Влияние размера кристалла (числа входящих в него
частиц)
4.1.3. Влияние ориентации кристаллографических осей кристаллов на их спектры экстинкции
4.1.4. Влияние толщины адсорбционного слоя частиц
4.1.5. Влияние дисперсии межчастичной щели на спектр экстинкции двумерного коллоидного кристалла
4.2. Влияние дефектов плазмонно-резонансных коллоидных кристаллов на их спектры экстинкции
4.2.1. Влияние одиночных вакансий
4.2.2. Влияние размера вакансионной полости
4.2.3. Влияние междоузлий
4.2.4. Влияние дислокаций
4.3. Изменение спектров экстинкции плазмонно-резонансных коллоидных кристаллов при структурных превращениях
Заключение
Литература

Введение
Актуальность работы
Исследования фрактальных наноструктур в дисперсных системах приобрели особую актуальность в связи с обнаружением у них весьма необычных физических свойств и возможностью многочисленных приложений [1-4]. В частности, подобными свойствами обладают агрегаты наночастиц фрактального типа в гидрозолях металлов, перколяционных наноструктурах, нанокомпозитах типа «металл-диэлектрик», в которых в полосе плазмонного поглощения экспериментально были обнаружены эффект гигантского (до 105 —106 раз) усиления нелинейно-оптических процессов, эффект оптической памяти, усиление лазерной генерации растворов молекулярных красителей в присутствии коллоидных Ag агрегатов и т. д.
В [2] показано, что образование рыхлых фрактальных агрегатов в отличие от случайных и плотно упакованных коллоидных структур, является причиной резкого изменения оптических характеристик коагулирующих золей металлов и, в частности, спектров поглощения.
В наших работах мы обратили внимание на то, что уникальность физических свойств неупорядоченных коллоидных агрегатов базируется на локальной анизотропии окружения входящих в них частиц, играющей ключевую роль во взаимодействиях частиц внутри агрегатов. Отметим, что понятие локальной анизотропии было введено в работах [5-7] применительно к взаимодействиям с оптическим излучением анизотропных молекулярных сред.
Применение элементов нанофотоники, синтезированных из плазмонно-резонансных наночастиц и их агрегатов, предполагает их размещение на технологических подложках. В этой связи исследование закономерностей взаимодействия наноагрегатов с диэлектрической подложкой, контактирующих с ней из объема гидрозоля, является практически важной задачей. Осаждение

действует в вертикальном направлении. В случае же двух и более частиц, соединенных жидкой перемычкой с искривленной поверхностью, у капиллярной силы появляется и горизонтальная проекция, стремящаяся сблизить частицы [120]. Проекции капиллярных сил, действующие на частицы, не полностью погруженные в жидкость, в рамках простейшей модели приближенно описываются выражениями
Fx = 2тгarj-lrl sin2 Фс, Fy = 2ircrrcstti4>c, (2.14)
где Fx — проекция силы вдоль подложки, Fy — проекция силы перпендикулярная подложке. Здесь г с — радиус окружности, образованной периметром смачивания жидкости на поверхности частицы, Фс — угол наклона мениска вблизи линии контакта жидкости с частицей по отношению к горизонтальной поверхности, а — коэффициент поверхностного натяжения жидкости (для воды при 25°С', сг = 0.072 Н/м ).
Межчастичное касательное трение. Важную роль могут играть силы касательного трения, возникающие при поперечном относительном смещении частиц в цепочке (и их скольжении по поверхности друг друга). Такие смещения возникают, в частности, при деформации агрегата при его взаимодействии с подложкой или при перемещении частиц в процессе упорядочения агрегата.
Направление силы касательного трения противоположно проекции (’VT) вектора скорости относительного движения частиц V на плоскость соприкосновения их адсорбционных слоев. Величина силы трения определяется произведением коэффициента силы трения д на величину силы упругого взаимодействия F.
В отсутствие межчастичного трения свободное скольжение частиц друг по другу приводит к их перемещению под действием случайной силы в области пустот, заполнению пустот и постепенному упорядочению агрегатов в
целом. В случае сильного межчастичного трения имеет место жесткая про-