纳米材料的光学性能.ppt

2.纳米材料的光吸收特性（1）固体中的光吸收某物质的相对介电常数和折射率的复数形式：其中ε1和ε2分别为相对介电常数εr的实部和虚部；复数折射率N的虚部κ叫消光系数，实部n就是通常所说的折射率。由于折射率与介电常数的关系，因此有：人们通常用n和κ这对光学常数来表征固体的光学性质。，2.纳米材料的光吸收特性（1）固体中的光吸收消光系数κ也表示物质的吸收，它与吸收系数α的关系为：λ0为真空中光的波长，ω为入射光的频率，c为光速。吸收系数α的倒数叫作光在固体中的穿透深度：消光系数k大的介质，其光的穿透深度浅，表明物质的吸收强，而长波光比短波光的穿透深度大。壹大块金属具有不同颜色的光泽，表明它们对可见光范围各种波长光的反射和吸收能力不同。如：金、银、铜等。贰但是，小粒子对可见光具有低反射率、强吸收率。叁如：当金(Au)粒子尺寸小于光波波长时，会失去原有的光泽而呈现黑色。金纳米粒子的反射率小于10％。（2）金属纳米颗粒的光吸收2.纳米材料的光吸收特性纳米材料的光吸收特性金属纳米颗粒的光吸收实际上，金属超微粒对光的反射率很低，一般低于1％。大约几nm厚度的微粒即可消光，显示为黑色，尺寸越小，色彩越黑。如：银白色的铂（白金）变为铂黑，铬变为铬黑等。2.纳米材料的光吸收特性（3）半导体纳米颗粒的光吸收由于量子尺寸效应导致能隙增大,半导体纳米材料的吸收光谱向高能方向移动,即吸收蓝移。同时,由于电子和空穴的运动受限,他们之间的波函数重叠增大,激子态振子强度增大,导致激子吸收增强,因此很容易观察到激子吸收峰,导致吸收光谱结构化。例：常规块体TiO2是一种过渡金属氧化物，带隙宽度为3.2eV，为间接允许跃迁带隙，在低温下可由杂质或束缚态发光。但是用硬脂酸包敷TiO2超微粒可均匀分散到甲苯相中，直到2400nm仍有很强的光吸收，其吸收谱满足直接跃迁半导体小粒子的Urbach关系：式中hν为光子能量，α为吸收系数，Eg为带隙，B为材料特征常数。2.纳米材料的光吸收特性（3）半导体纳米颗粒的光吸收与块体TiO2不同的是，TiO2微粒在室温下，由380～510nm波长的光激发下可产生540nm附近的宽带发射峰，且随粒子尺寸减小而出现吸收的红移。另一方面，实验观测到TiO2纳米薄膜随着温度的降低，薄膜吸收边位置又向短波方向移动，即发生了蓝移，如图所示。2.纳米材料的光吸收特性（3）半导体纳米颗粒的光吸收图4TiO2纳米薄膜光吸收曲线纳米光学材料的应用05纳米材料的非线性光学效应04纳米材料的光发射特性03纳米材料的光吸收特性02基本概念01主要内容纳米材料的光学性能日期：2016.9.29主要内容1.基本概念2.纳米材料的光吸收特性3.纳米材料的光发射特性4.纳米材料的非线性光学效应5.纳米光学材料的应用1.基本概念波矢波矢是波的矢量表示方法。波矢是一个矢量，其方向表示波传播的方向，其大小表示（2）激子1.基本概念通过库仑作用束缚的电子-空穴对叫做激子。电子和空穴复合时便发光，以光子的形式释放能量。根据电子与空穴相互作用的强弱，激子分为：万尼尔（Wannier）激子（松束缚）；弗仑克尔（Frenkel）激子（紧束缚）。束缚半径远大于原子半径，库仑相互作用较弱格点上原子或分子的激发态，库仑相互作用较强图1半导体激子及发光示意图基本概念光谱线及移动（3）光谱线及移动1.基本概念与体材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在向短波方向移动