وثيقة
Investigating plasmonic resonances of core-shell metal nanoparticles for enhanced sensing and imaging applications.
المصدر
Master's thesis
عناوين أخرى
.تحقيق في الرنين البلازموني للجسيمات النانوية المعدنية ذات النوى والقشور لتعزيز الاستشعار والتصوير
الدولة
Oman
مكان النشر
Muscat
الناشر
Sultan Qaboos University.
ميلادي
2024
اللغة
الأنجليزية
نوع الرسالة الجامعية
Master's thesis
الملخص الإنجليزي
Metal nanoparticles (NPs) distinguish themselves from other nanostructures by their unique surface plasmon resonance (SPR). This work focuses on a comprehensive investigation into the plasmonic resonances of core-shell nanospheres composed of gold (Au), silver (Ag), and aluminum (Al) cores, and shells composed of different materials through numerical modeling using the finite element method (FEM) implemented in COMSOL Multiphysics. Core-shell NPs have unique optical properties for various applications, including sensing and imaging.
Through numerical simulations analyzing the scattered field of nanospheres, this study systematically examines the effects of core and shell materials at different sizes, refractive indices of the surrounding media, and thicknesses on SPR modes and wavelengths. The findings indicate that the SPR of Au, Ag, and Al nanospheres occurs in the infrared (IR), visible, and ultraviolet (UV) portions of the electromagnetic spectrum, respectively. The resonance sharpness showed Ag NPs with more intense and sharper plasmonic resonance compared to Au NPs.
Key findings demonstrate that the refractive index of the shell red-shifts the localized surface plasmonic resonance (LSPR) wavelength and decreases normalized absorption cross-section (Qab). An increase in the shell's thickness results in an increase in LSPR and Qab. The extinction coefficient (k) is shown to have an inverse relationship with LSPR wavelength, resulting in a blue-shift and a decrease in Qab. By systematically investigating material parameters for core-shell structures, this study aims to develop an understanding of suitable ranges for sensing, focusing, and heating applications.
الملخص العربي
تتميز الجسيمات النانوية المعدنية بخصائصها الفريدة من حيث الرنين السطحي للبلازمون (SPR). يركز هذا العمل على دراسة شاملة للرنين البلازموني لجسيمات نانوية ذات نواة وقشرة معدنية، حيث تتكون النواة من الذهب (Au) أو الفضة (Ag) أو الألومنيوم (Al) والقشرة من مواد مختلفة، وذلك باستخدام النمذجة العددية بطريقة العناصر المحدودة (FEM) المطبقة في برنامج COMSOL Multiphysics.
تمتلك الجسيمات النانوية ذات النواة والقشرة خصائص بصرية فريدة تجعلها مناسبة لتطبيقات عديدة، مثل الاستشعار والتصوير. من خلال المحاكاة العددية للمجال المشتت من الجسيمات النانوية، تم فحص تأثير المواد الأساسية والقشرية، الأحجام المختلفة، معاملات انكسار الوسط المحيط، وسمك القشرة على أنماط وأطوال موجات الرنين السطحي للبلازمون (SPR).
أظهرت النتائج أن الرنين السطحي يحدث في أجزاء مختلفة من الطيف الكهرومغناطيسي، حيث يظهر في نطاق الأشعة تحت الحمراء (IR) للذهب، والنطاق المرئي (Visible) للفضة، والنطاق فوق البنفسجي (UV) للألومنيوم. كما تبين أن الفضة تتميز برنين أكثر حدة وقوة مقارنة بالذهب.
وأوضحت النتائج أيضًا أن زيادة معامل الانكسار للقشرة يؤدي إلى انزياح أطوال موجات الرنين السطحي المحلي (LSPR) نحو الأطوال الموجية الأطول (red-shift) وانخفاض في المقطع العرضي الامتصاصي (Qab). أما زيادة سمك القشرة فتؤدي إلى زيادة في LSPR وQab. أظهر معامل الانقراض (k) علاقة عكسية مع طول موجة LSPR، مما يؤدي إلى انزياح نحو الأطوال الموجية الأقصر (blue-shift) وانخفاض في Qab.
تهدف هذه الدراسة من خلال تحليلها المنهجي لخصائص المواد المستخدمة في الجسيمات النانوية ذات النواة والقشرة إلى توفير فهم أعمق للتطبيقات المثلى في مجالات الاستشعار، التركيز، والتسخين.
تمتلك الجسيمات النانوية ذات النواة والقشرة خصائص بصرية فريدة تجعلها مناسبة لتطبيقات عديدة، مثل الاستشعار والتصوير. من خلال المحاكاة العددية للمجال المشتت من الجسيمات النانوية، تم فحص تأثير المواد الأساسية والقشرية، الأحجام المختلفة، معاملات انكسار الوسط المحيط، وسمك القشرة على أنماط وأطوال موجات الرنين السطحي للبلازمون (SPR).
أظهرت النتائج أن الرنين السطحي يحدث في أجزاء مختلفة من الطيف الكهرومغناطيسي، حيث يظهر في نطاق الأشعة تحت الحمراء (IR) للذهب، والنطاق المرئي (Visible) للفضة، والنطاق فوق البنفسجي (UV) للألومنيوم. كما تبين أن الفضة تتميز برنين أكثر حدة وقوة مقارنة بالذهب.
وأوضحت النتائج أيضًا أن زيادة معامل الانكسار للقشرة يؤدي إلى انزياح أطوال موجات الرنين السطحي المحلي (LSPR) نحو الأطوال الموجية الأطول (red-shift) وانخفاض في المقطع العرضي الامتصاصي (Qab). أما زيادة سمك القشرة فتؤدي إلى زيادة في LSPR وQab. أظهر معامل الانقراض (k) علاقة عكسية مع طول موجة LSPR، مما يؤدي إلى انزياح نحو الأطوال الموجية الأقصر (blue-shift) وانخفاض في Qab.
تهدف هذه الدراسة من خلال تحليلها المنهجي لخصائص المواد المستخدمة في الجسيمات النانوية ذات النواة والقشرة إلى توفير فهم أعمق للتطبيقات المثلى في مجالات الاستشعار، التركيز، والتسخين.
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية