纳米材料的光学性能.ppt

TiO2纳米材料的发光TiO2是一种重要的半导体材料，便宜、安全、无环境污染且稳定，能隙为3.2eV。常规TiO2单晶的发光对温度极为敏感。在4.8K时，在紫外到可见光范围，TiO2存在两个峰：412nm处很锐的发光峰、450~600nm很宽的发光带。升到12K412nm处的发光峰立刻消失当温度上可见光范围的发光强度迅速下降为4.8K时的35％室温下，从未观察到发光现象。常规TiO2多晶薄膜，在77K，也有一个很宽的荧光带（约520nm处），但在室温下发光现象消失。521234纳米TiO2的发光与常规TiO2粗晶和单晶不同经硬脂酸包敷的纳米TiO2粒子在室温可光致发光，发光带的峰值在540nm。但是，由纳米TiO2粒子形成的纳米固体在室温下不发光。硬脂酸包覆的TiO2超微粒子的1吸收光谱，2激发光谱，3光致发光谱掺杂引起的荧光（简略）01近年来，通过不同粒子注人获得纳米材料的研02究成果也引起人们的重视。03如：将Zn作为添加剂扩散到InP、GaAs、04InGaAs/InGaAsP和GaN中引起格子失调，带05来一系列的光学性质变化。065407纳米材料的非线性光学效应光在物质中传播的过程就是光与物质相互作用的过程光与物质相互作用的机理当光照射物质时，光波电磁场将对物质中的电子产生作用。在外电场的作用下，介质原子成为电偶极子，产生电偶极矩。55电偶极子将随光波的电磁场的变化产生振荡。形成发出电极化强度极化场电偶极矩叠加起来次级辐射线性光学：物质对光场的响应与光的场强成线性关系，即电偶极矩P与外界电磁场E成线性关系。当几种不同频率的光波同时与该物质相互作用时，各种频率的光都线性独立地反射、折射和散射，不会发生新的频率。即：光的独立性原理和叠加原理都成立。57外界作用的光场较强，电偶极子的振荡不再具有位移与外电场成线性的关系，产生的电磁振荡是非线性的。010203非线性光学：在纳米晶体中，由于能带结构的变化，载流子的迁移、跃迁和复合过程均呈现与常规材料不同的规律，因而具有不同的非线性光学效应。纳米材料非线性光学效应可分为：共振非线性光学效应非共振非线性光学效应非共振非线性光学效应：指用高于纳米材料的光吸收边的光照射样品后导致的非线性效应。03共振非线性光学效应：指用低于共振吸收区的04光照射样品而导致的光学非线性效应，来源于05电子在不同能级的分布而引起电子结构的非线06性。0102纳米光学材料的应用纳米微粒如前所述的光吸收、光反射、光学非线性等光学特性，都与纳米微粒的尺寸有很强的依赖关系，利用纳米微粒的这些光学特性制成的各种光学材料与器件将在日常生活和高技术领域得到广泛的应用。如金属超微粒对光的反射率很低（低于1％），大约有几nm的厚度即可消光，利用此特性可制作高效光热、光电转换材料，可高效地将太阳能转化为热、电能，此外还可作红外敏感组件、红外隐身材料等。光吸收简介光在固体中传播时，其强度一般要发生衰减，出现光的吸收现象。光的吸收与光强有关。光吸收简介某物质的相对介电常数εr和折射率N的复数形式：?r=?1+i?2N=n+ikε1、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为消光系数，实部n为通常所说的折射率。26人们通常用n和κ这对光学常数来表征固体的光学性质。复数折射率与相对介电常数有以下关系：因此：,实验发现，光在固体中传播时，其强度一般要发生衰减，光的吸收与光强有关..强度为I0的入射光，通过固体内位移x后其强度将衰减变为：普遍吸收α很大，与波长无关选择吸收α很小，与波长有关α叫做吸收系数，它表示光在固体中传播的指数衰减规律。消光系数k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为入射光的角频率；c为真空中光速。消光系数大的介质，光的穿透深度浅，表明物质01的吸收强，长波光比短波光的穿透深度大。02吸收系数的倒数叫光在固体中的穿透深度，以d03表示，则：04金属纳米颗粒的光吸收大块金属具有不同颜色的光泽，表明它们对可见光范围内各种波长光的反射和吸收能力不同。如：金、银、铜等。但是小粒子对可见光具有低反射率、强吸收率。例如：当金（Au）粒子尺寸小于光波波长时，会失去原有的光泽而颜色变暗。金纳米粒子的反射率小于10％。金属超微粒对光的反射率很低，一般低于1％；大约几nm粒度的微粒即可消光，显示为黑色，尺寸越小，色彩越黑。如：银白色的铂（白金）