球形银纳米颗粒及氧化硅/银纳米壳层的消光性能模拟

刘琨，冯其明，欧乐明，张国范，卢毅屏

(中南大学 资源加工与生物工程学院，湖南 长沙，410083)

金属纳米结构的控制合成及其物理化学性质的研究近年来成为纳米材料研究领域的热点，这是因为它们所具有的特殊光学及电学性质使其在催化、光学器件、电子器件、信息存储、生物标记、成像、生化传感和表面增强光谱技术等方面有着广阔的应用前景[1-5]。金属银纳米颗粒和氧化硅/银纳米壳层具有很强的表面等离子体共振性能(体现出的就是消光性能)，且这种共振频率可以通过改变颗粒尺寸和核半径与壳厚度的相对尺寸来进行系统的调节[6]，因此，银纳米颗粒与氧化硅/银纳米壳层在表面增强拉曼光谱、表面增强荧光光谱等方面有着巨大的应用潜力和意义[7-9]。表面等离子体共振性能的系统、深入研究是银纳米颗粒及氧化硅/银纳米壳层在诸多领域实现应用的基本前提。受实验技术和测试手段的限制，当前仍难以获得单一形貌和粒径的金属纳米粒子的实测光谱，因此多种理论方法已被用来模拟研究这些材料的光学性能。本文作者采用离散偶极近似理论，通过模拟计算研究了球形银纳米颗粒、氧化硅/银纳米壳层在紫外-可见-近红外波段的消光性能。

1 原理与方法

当金属粒子尺寸较小时，发生表面等离子体共振的条件是[10]：

式中：1ε和2ε分别为粒子介电常数的实部和虚部；εm为介质的介电常数。

由式(1)可知：当介电常数的虚部值2ε较小时，共振条件变成：