基于時域有限差分法的核殼雙金屬納米顆粒光吸收率反轉行為*

洪文鵬 蘭景瑞 李浩然 李博宇 牛曉娟 李艷

(東北電力大學能源與動力工程學院, 吉林 132012)

(2021 年3 月31 日收到; 2021 年6 月18 日收到修改稿)

1 引 言

納米技術的發展為實現太陽能高效吸收和利用提供了有效途徑. 等離激元共振納米顆粒是在納米尺度上控制電磁能量流動的理想光吸收材料,光照時入射電磁波與金屬納米顆粒的自由電子相互作用引起自由電子集體振蕩, 激發局域表面等離激元共振(localized surface plasmon resonance,LSPR)[1], 納米顆粒附近的局域空間內的電場強度明顯增強. 由于光譜吸收和散射性能均得到顯著增強, LSPR 納米顆粒在太陽能轉換利用領域得到了廣泛應用[2-4]. 當電磁波照射到LSPR 納米顆粒表面時, 自由電子的響應強度與納米顆粒的材料、形狀、尺寸、結構以及周圍環境介電常數有著密切的聯系[5-7]. 若將納米顆粒與其他材料復合為核殼結構, 其表面電子耗散路徑改變, 可實現載流子的高效提取[8]. 深入了解核殼結構納米顆粒的吸收特性以及衰變過程中的電磁場與納米顆粒內部功率分布變化, 實現對LSPR 衰變過程的有效控制, 對于優化新型太陽能材料結構, 實現太陽能高效利用具有重要意義.

在納米顆粒懸浮液中, 顆粒間的空間距離較大, 相互作用力對顆粒集體激發的影響很小[9,10];在核殼結構納米顆粒中, 由于不同材料之間存在著很強的相互作用(如核芯和殼層材料間電子的轉移、電磁場的耦合等), 因而核殼結構顆粒的共振激發要比純金屬納米顆粒復雜得……