洪昕 王晨晨 劉江濤 王曉強(qiáng) 尹雪潔

(大連理工大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)部生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院,大連 116024)

(2018年5月7日收到；2018年7月14日收到修改稿)

1 引 言

貴金屬納米顆粒因存在局域表面等離子體共振模式(localized surface plasmon resonance,LSPR)[1?3]而表現(xiàn)出強(qiáng)烈的光學(xué)散射和吸收特性[4],其吸收截面比傳統(tǒng)的光敏劑靛青綠大6個(gè)數(shù)量級[5],并可以將吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱能,產(chǎn)生豐富的熱力學(xué)效應(yīng),如消融、超速加熱、熱膨脹、表面熔化和再成形等,這些效應(yīng)使得貴金屬納米顆粒在納米生物醫(yī)療領(lǐng)域具有重要的研究價(jià)值和應(yīng)用潛力,例如光熱成像[6,7]、納米藥物傳遞[8,9]、光熱診療等[10?13].在這些應(yīng)用中,一個(gè)關(guān)鍵的問題是如何高效地調(diào)節(jié)金屬納米顆粒的溫度.

將貴金屬納米顆粒應(yīng)用到生物體的一個(gè)主要障礙來自水,為了避開水的吸收峰,通常采用700—1200 nm波段作為光學(xué)測量窗口[14],這就要求將金屬納米顆粒的吸收峰調(diào)節(jié)到近紅外波段.貴金屬納米顆粒的LSPR強(qiáng)烈依賴于顆粒的尺寸、形狀、粒子間距和周圍介電環(huán)境,這在生物傳感方面已經(jīng)得到了較多研究和應(yīng)用,例如通過抗原-抗體的生物反應(yīng)可引起多個(gè)貴金屬顆粒的團(tuán)聚,使得其LSPR吸收峰發(fā)生大幅度紅移,但是若想把單個(gè)顆粒物的吸收峰大幅度移動到近紅外波段卻并非易事.例如直徑為20 nm的實(shí)心金球,其峰值LSPR波長約為514 nm,當(dāng)粒子的直徑增加到150 nm時(shí),其LSPR峰紅移到約570 nm.粒子的直徑增加了7.5倍,但是吸收峰值仍遠(yuǎn)難以達(dá)到近紅外；且隨著粒子直徑的加大,粒子的消光性能已從吸收占優(yōu)轉(zhuǎn)變?yōu)樯⑸湔純?yōu).為了獲得近紅外波段的高效吸收,單純地通過擴(kuò)增結(jié)構(gòu)單一的實(shí)心球的粒徑已難以滿足要求,使得研究的注意力轉(zhuǎn)向了粒子的結(jié)構(gòu).如何通過結(jié)構(gòu)參數(shù)的微量改變實(shí)現(xiàn)吸收峰的大范圍紅移得到了大量的關(guān)注和研究,學(xué)者們通過改變結(jié)構(gòu)相繼研制了納米殼[15]、納米棒[16]、納米星[17]、納米旗[18]、納米立方體等[19]結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了近紅外光譜范圍的峰值調(diào)節(jié).在這些粒子中各向異性結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)更為獨(dú)特,例如已獲得較多研究的納米棒,相對于納米芯殼結(jié)構(gòu)粒子,這種粒子不僅可以實(shí)現(xiàn)大范圍吸收波長紅移,而且表現(xiàn)出強(qiáng)烈的偏振態(tài)選擇性:當(dāng)激發(fā)光的偏振態(tài)在平行于棒的長軸和短軸時(shí)粒子展現(xiàn)出不同的光學(xué)響應(yīng)[20].各向異性的納米芯帽結(jié)構(gòu)也具有強(qiáng)烈的偏振態(tài)依賴性質(zhì)[21,22],在入射光的偏振態(tài)垂直(90?)/平行(0?)于其對稱軸時(shí)分別表現(xiàn)出不同的吸收特性,在90?時(shí)可實(shí)現(xiàn)大范圍紅移,且其吸收截面相對0?時(shí)可產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)量級的增強(qiáng).相對于納米棒,芯帽粒子可進(jìn)行人工調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)更為豐富,可在近紅外波段靈活地操控其吸收譜線.芯帽粒子組成的陣列結(jié)構(gòu)用于生物傳感已經(jīng)得到了較多研究[23,24].隨著納米級物體成像技術(shù)的發(fā)展,單個(gè)顆粒物作為光熱探針具有很好的應(yīng)用潛力.目前,實(shí)心球形、金納米棒的光熱性質(zhì)已有研究[25],但是芯帽結(jié)構(gòu)的光熱性質(zhì)尚未見相關(guān)報(bào)道.

貴金屬納米顆粒物溫度的增加不僅依賴于顆粒的吸收截面積,而且取決于粒子的結(jié)構(gòu)、周圍介質(zhì)的熱導(dǎo)率、入射光的波長和輻照度等因素.吸收特性與結(jié)構(gòu)參數(shù)共同決定了顆粒物的光熱性質(zhì),芯帽結(jié)構(gòu)粒子良好的近紅外吸收對于光熱的轉(zhuǎn)換效率將取決于結(jié)構(gòu)參數(shù).經(jīng)典的顆粒物光解析公式是以結(jié)構(gòu)單一的實(shí)心球形粒子為模型建立的,對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜各向異性的納米顆粒物,該光熱公式已不再適用[26].為此,本文基于有限元法利用COMSOL軟件用數(shù)值分析的方法研究芯帽結(jié)構(gòu)的光熱性質(zhì)隨結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律；計(jì)算了SiO2@Au納米芯帽顆粒的光熱性質(zhì),獲取了吸收功率和溫度隨納米結(jié)構(gòu)參數(shù)(包括金殼厚度、芯殼比、芯徑、金屬表面覆蓋率等)的變化規(guī)律,可為光熱粒子的結(jié)構(gòu)篩選提供數(shù)值依據(jù)；并對球形納米顆粒、芯殼納米顆粒、芯帽納米顆粒以及金納米棒這四種納米結(jié)構(gòu)的光熱性質(zhì)進(jìn)行了比較.本文研究的芯帽納米顆粒的光熱耦合性質(zhì)在光熱診療領(lǐng)域有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值.

2 計(jì)算與方法

2.1 金屬納米顆粒光熱性質(zhì)的計(jì)算

在LSPR波長激光照射下,金屬納米顆粒具有增強(qiáng)的光吸收,因此可以將其作為理想的納米熱源,通過光控制納米顆粒的溫度.

金屬納米顆粒的光吸收功率P可以用吸收截面σabs表示:

這里,I是入射光的強(qiáng)度.

金屬納米顆粒熱量的產(chǎn)生也可以通過對整個(gè)顆粒的熱功率密度q(r)做體積積分得到,即

金屬納米顆粒內(nèi)部和外部的穩(wěn)態(tài)溫度分布T(r)是基于熱擴(kuò)散方程的解,即

其中,κ(r)為熱導(dǎo)率.特別地,對于半徑為R的球形納米顆粒,其溫度的升高?TNP可以表示為:

由方程(3)得到的金屬納米顆粒內(nèi)部的熱功率密度分布是不均勻的,但是由于球所處的環(huán)境介質(zhì)的熱導(dǎo)率通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于金屬納米顆粒的熱導(dǎo)率,所以金屬納米顆粒內(nèi)部的溫度可以看成是均勻的,因此球形納米顆粒溫度的升高可以直接表示為[26]

其中κs為環(huán)境介質(zhì)的熱導(dǎo)率.(7)式適用于球形納米粒子,但是對于形狀任意或多聚體納米結(jié)構(gòu),該解析式不再適用.為此,本文基于有限元數(shù)值計(jì)算的方法,計(jì)算復(fù)雜等離子體納米結(jié)構(gòu)中的光熱分布及其隨結(jié)構(gòu)的變化.

2.2 構(gòu)建模型

本文基于有限元多物理場仿真軟件COMSOL Multiphysics構(gòu)建傳熱模型,定量地理解芯帽納米顆粒的光致加熱現(xiàn)象.利用電磁吸收部分和傳熱部分計(jì)算了納米顆粒與入射光相互作用時(shí)產(chǎn)生的光吸收功率和溫度分布.仿真中,設(shè)入射光強(qiáng)度為1 mW/μm2,光源波長掃描范圍為500—900 nm,周圍介質(zhì)環(huán)境為水.在此波長范圍內(nèi),水的折射率設(shè)為1.33,金的折射率會隨波長發(fā)生明顯變化,在仿真中,金和二氧化硅的折射率采用COMSOL材料庫中的Au(Johnson)和SiO2(Gao)函數(shù)獲得.在介質(zhì)環(huán)境的外面加上PML吸收邊界條件避免二次散射干擾仿真結(jié)果.本文的數(shù)值模擬選擇了以四面體單元為劃分網(wǎng)格,因?yàn)閷τ谒拿骟w單元,一個(gè)單元內(nèi)各個(gè)方向上的最大距離幾乎相等,所以這樣的單元色散誤差較少.另外,網(wǎng)格的劃分與金屬的趨膚深度有關(guān),經(jīng)計(jì)算在掃描波長范圍內(nèi),其趨膚深度大致在25—49 nm范圍內(nèi),因此網(wǎng)格精度應(yīng)小于12.5 nm.考慮到計(jì)算成本和精度問題,本文最大網(wǎng)格單元設(shè)置為5 nm.粒子網(wǎng)格劃分如圖1(a)插圖所示.傳熱模型中使用的材料的熱學(xué)參數(shù)列于表1[27].

表1 傳熱模型中使用的材料的熱性能Table 1.Material thermal properties used in the heat transfer model.

3 結(jié)果與討論

3.1 偏振態(tài)對芯帽納米顆粒光熱性質(zhì)的影響

SiO2@Au芯帽粒子的結(jié)構(gòu)組成為:以SiO2納米球?yàn)樾?在其上覆蓋一個(gè)金帽.SiO2的粒徑設(shè)為60 nm,金帽的厚度為8 nm,且其對芯表面的包被為50%,即半殼結(jié)構(gòu),粒子所處的環(huán)境為水.設(shè)入射光沿y軸入射,當(dāng)入射光偏振方向與粒子的對稱軸夾角為0?(平行)時(shí)其吸收峰位于約595 nm,90?時(shí)其吸收峰大幅度紅移到～795 nm,且吸收強(qiáng)度顯著增強(qiáng),如圖1所示.該光學(xué)性質(zhì)源于局限在金帽內(nèi)的表面等離子體共振對入射光電場的響應(yīng),在90?時(shí),金帽內(nèi)外表面的等離子激元在x偏振的電場作用下表現(xiàn)出水平振動,體現(xiàn)在電場的分布中如圖2(a)所示,在a-a′和b-b′電場為最強(qiáng)(與電場平行),c-c’最弱(與電場垂直)[22].當(dāng)夾角在(0?—90?)間變化時(shí),入射光場在平行于/垂直于對稱軸的兩個(gè)方向上均有分量,因此同時(shí)出現(xiàn)～595 nm/795 nm兩個(gè)共振峰,且隨著垂直分量的加大,在795 nm左右的吸收功率迅速增強(qiáng).值得注意的是,當(dāng)電場與軸線的夾角＞75?時(shí),～595 nm處的LSPR吸收峰紅移至～645 nm,而長波長處的LSPR峰峰位保持不變.這可能是由于隨著平行于軸方向的電場分量的減小,水作為弱電解質(zhì)與金屬表面自由電荷發(fā)生的作用不可忽略,從而減小了偶極子的振動能量,而展現(xiàn)為紅移.

在圖1(a)中,入射光方向?yàn)閥軸,圖1(b)中展示了入射光為斜入射的情況以適用于粒子的隨機(jī)姿態(tài).圖中分別以入射角30?和60?入射粒子,在s偏振態(tài)時(shí),由于該電場與對稱軸垂直,如圖在～795 nm處獲得增強(qiáng)的吸收峰,且該峰值與入射角無關(guān).在p偏振時(shí),該電場在平行于對稱軸和垂直于對稱軸方向上分別產(chǎn)生分量,分別對應(yīng)兩個(gè)峰位和峰值.調(diào)整斜入射角度,不會改變芯帽納米顆粒的共振峰峰位,但是會使p偏振作用下的共振峰強(qiáng)度發(fā)生變化,與圖1(a)中相同.由于芯帽粒子在近紅外波段的增強(qiáng)吸收對垂直于其對稱軸的偏振態(tài)具有選擇性,因此在下面的光熱性質(zhì)研究中設(shè)置入射光沿y軸入射,偏振態(tài)與粒子軸線垂直.

圖1 不同偏振態(tài)激發(fā)下的芯帽納米顆粒 (a)y軸入射時(shí)吸收功率譜；(b)斜入射時(shí)吸收功率譜；(c)y軸入射時(shí)吸收功率與溫度的變化Fig.1.With different polarization excitation,the corecapped nanoparticle:(a)Absorption power spectrum on y-axis incidence；(b)absorption power spectrum at oblique incidence；(c)absorption power and temperature change curve on y-axis incidence.

圖2 芯帽納米顆粒在水中的光熱效應(yīng) (a)歸一化的電場強(qiáng)度；(b)電流密度分布；(c)熱功率密度分布；(d)共振波長處的溫度分布Fig.2.Photo thermal effect of core-capped nanoparticle in water:(a)Electric field intensity normalized to the incident field；(b)current density distribution；(c)thermal power density distribution；(d)temperature distribution at resonant wavelength.

該顆粒及其周圍介質(zhì)環(huán)境的歸一化電場分布如圖2(a)所示,由于偏振態(tài)垂直于粒子的對稱軸,從而極化了粒子外殼與內(nèi)殼的表面電子,兩者發(fā)生了強(qiáng)烈的相互作用,該作用強(qiáng)度在a-a′,b-b′處最大(平行于偏振方向),而在c-c′處電場消失(垂直于偏振方向,無極化電場),而從最大處到最小處之間的電場呈遞減狀態(tài).芯帽納米顆粒的電流密度分布和熱功率密度分布如圖2所示,最大值發(fā)生在殼沿處,表明吸收發(fā)熱主要發(fā)生在殼沿,在頂點(diǎn)c處最小.由于金的熱傳導(dǎo)率遠(yuǎn)大于介質(zhì)水,所以在圖2(d)中金殼上的溫度分布比較均勻,該粒子的最大溫度變化為～145 K.

保持入射光的波長為～795 nm,在(0?—90?)范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)電場與對稱軸的夾角,其吸收功率分別為:0.93,3.75,11.44,21.95,32.46,40.15和42.97μW,對應(yīng)的溫度變化分別為:3,14,41,76,111,136和145 K,如圖1(c)所示.在此期間溫度迅速升高了145 K,值得注意的是在30?—70?之間,溫升隨偏振的變化呈準(zhǔn)直線關(guān)系.圖1(c)表明,通過簡單的旋轉(zhuǎn)偏振態(tài),可以高效地操控和切換納米芯帽粒子在(0—145 K)范圍內(nèi)變化加熱.

3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對芯帽納米顆粒光熱性質(zhì)的影響

3.2.1 金殼厚度的影響

固定SiO2微球的粒徑為60 nm,芯帽納米顆粒的吸收功率與溫度增加隨金殼厚度(5—11 nm)的變化關(guān)系如圖3(a)所示.當(dāng)金殼的厚度從5 nm增加到11 nm時(shí),其吸收峰由～905 nm藍(lán)移到～745 nm,在對應(yīng)的峰值吸收波長處芯帽納米顆粒的最大吸收功率從41.21μW(5 nm)增加到41.70μW(7 nm),此后繼續(xù)增加殼的厚度,吸收峰呈下降趨勢,從41.57μW(8 nm)減小到39.98μW(11 nm).這是因?yàn)樵诠鈱W(xué)波段金不是一個(gè)良導(dǎo)體,但是光可以激發(fā)金納米結(jié)構(gòu)中的LSPR共振,在此芯帽結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)為內(nèi)外殼表面的自由電荷與激發(fā)場共振,形成平行于激發(fā)場的偶極子,其所形成的吸收取決于電荷的數(shù)目與吸收平均自由程,在金殼厚度較薄的情況下,隨著厚度的增加,自由電荷的數(shù)目增加,與光子作用的吸收概率增加而表現(xiàn)為吸收增強(qiáng)；當(dāng)厚度達(dá)到一定值后,隨著厚度的繼續(xù)增加,光子吸收的平均自由程加大的程度高于電荷增加的數(shù)目,而表現(xiàn)為吸收的減小.在改變金殼厚度的過程中,最大溫度的變化與吸收變化趨勢不同,隨著殼厚的增加溫度近似呈直線衰減趨勢.從中可見在芯帽結(jié)構(gòu)中并不是吸收越大,溫度越高,殼厚與最高溫升約呈反比關(guān)系.

3.2.2 芯徑的影響

固定金殼的厚度為8 nm,SiO2微球的粒徑在35—80 nm之間變化,芯帽納米顆粒的吸收功率和溫度增加隨芯徑的變化關(guān)系如圖3(b)所示.隨著SiO2微球粒徑的增加,其吸收功率從20.61μW顯著增加到56.07μW,增加了約2.72倍,這是由于在金殼厚度不變的情況下,芯徑的增加使金殼體積明顯增加,導(dǎo)致自由電子數(shù)目明顯增加,使共振峰強(qiáng)度增加.該顆粒在其LSPR激發(fā)光波長照射下,最高溫度從106 K增加到149 K,并未隨同吸收增加2.72倍,而僅增加了43 K.通過圖3(b)中的數(shù)據(jù)做擬合,發(fā)現(xiàn)溫升與芯徑D成負(fù)指數(shù)關(guān)系.

3.2.3 芯殼比的影響

在芯殼比的計(jì)算中,將芯半徑設(shè)為r,金殼厚度設(shè)為h,總粒徑(2×r+2×h)固定為60 nm.當(dāng)芯帽納米顆粒的芯徑從20 nm增加到50 nm時(shí),其吸收功率由17.12μW增加到29.90μW,增加了1.75倍,相應(yīng)的粒子的最高溫度從76 K增加到130 K,該作用是金殼厚度與芯徑作用的綜合結(jié)果.在圖中殼的厚度從20 nm減小到5 nm,按照圖3(a)中殼的變化規(guī)律,在殼厚變化到5 nm時(shí)其溫度應(yīng)該為～165 K,但現(xiàn)在僅有～130 K,是因?yàn)樾緩皆诖似陂g變化到了50 nm,按照圖3(b)的負(fù)指數(shù)關(guān)系,綜合影響下,溫升為～130 K.

圖3 芯帽納米顆粒吸收功率譜和溫度變化曲線隨結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化 (a)金殼的厚度；(b)芯徑；(c)核殼比；(d)金殼表面覆蓋率Fig.3.Absorption power spectrum and temperature curve when the core-capped nanoparticles vary with:(a)Au shell thickness；(b)core diameter；(c)core-shell ratio；(d)gold shell surface coverage.

3.2.4 金殼表面覆蓋率的影響

改變芯帽納米顆粒的金殼表面覆蓋率同樣可以調(diào)節(jié)粒子的幾何結(jié)構(gòu).如圖3(d)所示,固定SiO2微球的粒徑為60 nm,金殼的厚度為8 nm,當(dāng)金殼表面覆蓋率分別為20%,27%,33%,45%和50%時(shí),芯帽納米顆粒最大吸收功率分別為:19.72,27.32,32.51,39.09和41.57μW.當(dāng)金殼表面覆蓋率從20%增加到50%時(shí),其吸收功率迅速增加了2.11倍,而粒子的溫度從105 K升高到141 K,增加了1.34倍,其增加速率明顯小于吸收功率的增加速率.繼續(xù)增加金殼表面覆蓋率到80%,該結(jié)構(gòu)的最大吸收功率不再隨金殼表面覆蓋率的增加而增大,同時(shí),其溫度也不再升高,而是一直維持在140 K附近.圖3(d)表明,當(dāng)金殼表面覆蓋率小于50%時(shí),金殼表面覆蓋率微量的改變就會引起其溫度的急劇增加；繼續(xù)增加金殼表面覆蓋率到～80%,其吸收功率和溫度均不再隨金殼表面覆蓋率的增加而增加.這是由于隨著金殼包被的增加,在內(nèi)殼底端尖角處產(chǎn)生了高階表面等離子體共振,改變了偶極子的共振模式.在半殼之后繼續(xù)增加金殼的表面覆蓋率對溫度的升高已經(jīng)不再產(chǎn)生影響.

3.3 幾種不同結(jié)構(gòu)納米顆粒的光熱性質(zhì)比較

由上述討論可見,各向異性的芯帽粒子的溫升對于結(jié)構(gòu)參數(shù)具有不同的依賴關(guān)系,可以通過設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)各種結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行溫升控制,具有多參數(shù)操控功能.為了對比最佳溫升效果,本文對比了現(xiàn)有應(yīng)用中使用較多的結(jié)構(gòu)粒子,包括實(shí)心球形、芯殼結(jié)構(gòu)和金納米棒,各種粒子的吸收功率譜和溫度分布情況如圖4所示.設(shè)置實(shí)心金球直徑和芯殼結(jié)構(gòu)的外徑均為76 nm,芯帽結(jié)構(gòu)的粒徑(2×r+2×h)也為76 nm.

圖4 實(shí)心球形、芯殼結(jié)構(gòu)、芯帽結(jié)構(gòu)和金納米棒的光熱性質(zhì)比較Fig.4.Comparison of photothermal properties of solid sphere,core-shell structure,core-capped structure and gold nanorod.

各向異性的芯帽、納米棒的光學(xué)性質(zhì)如圖4(a)和圖4(b)所示,實(shí)心球與芯殼結(jié)構(gòu)粒子對偏振態(tài)沒有依賴性.圖4(c)—(f)為依照圖4(b)激發(fā)條件下各種粒子的溫度分布,由圖可見,在相同粒徑下,實(shí)心金球的波長難以紅移到近紅外,芯殼的吸收峰位也遠(yuǎn)低于芯帽粒子；在此三種粒子中,芯帽粒子溫度增加最大,是實(shí)心金球的3倍,是芯殼結(jié)構(gòu)的1.5倍.為了便于比較芯帽與納米棒的光熱效果,設(shè)置金納米棒的長軸為118 nm,短軸為38 nm,此時(shí)其吸收峰位與芯帽粒子相同在～795 nm,兩者溫升相當(dāng).

圖4、圖5可以更加明確地反映顆粒內(nèi)部及其周圍介質(zhì)環(huán)境的溫度變化情況.由于實(shí)心球形和芯殼結(jié)構(gòu)是球?qū)ΨQ結(jié)構(gòu),當(dāng)顆粒產(chǎn)生熱量后,顆粒上的溫度幾乎一致,并以相同的速率向周圍介質(zhì)環(huán)境傳導(dǎo),此時(shí)實(shí)心球形和芯殼結(jié)構(gòu)的半峰全寬(FWHM)均為142 nm；各向異性的芯帽結(jié)構(gòu)的金殼(C3-D3)上溫度相同,溫升為145 K,溫度在介質(zhì)環(huán)境水(D3-E3)中下降的速度明顯快于在介質(zhì)球SiO2中下降的速度,此時(shí)粒子的FWHM為113 nm.與金納米棒(FWHM為115 nm)相比,雖然芯帽結(jié)構(gòu)的最高溫度略小,但是溫度分布更為集中.

芯帽結(jié)構(gòu)急劇的溫度上升有助于生物組織的快速加熱,與芯殼結(jié)構(gòu)和實(shí)心球形相比,其溫升更高；與金納米棒相比,在相同的峰值吸收波長下,其粒徑更小,熱擴(kuò)散空間位置更集中.另外,由于其是半殼結(jié)構(gòu),作為納米藥物的載體更便于納米藥物的釋放.

四種粒子的光熱性質(zhì)匯總于表2.

表2 不同等離子體納米結(jié)構(gòu)的光熱性質(zhì)的比較Table 2.Comparison of photothermal properties of different plasma nanostructures.

圖5 實(shí)心球形、芯殼結(jié)構(gòu)、芯帽結(jié)構(gòu)、金納米棒的溫度變化曲線 (a)沿z軸方向；(b)沿x軸方向Fig.5.Temperature curves of solid sphere,core-shell structure,core-capped structure,and gold nanorod:(a)Along the z-axis；(b)along the x-axis.

4 結(jié) 論

本文研究了各向異性結(jié)構(gòu)的芯帽納米顆粒的結(jié)構(gòu)參數(shù)對其溫度分布的作用規(guī)律.通過微小改變芯帽納米顆粒的結(jié)構(gòu)參數(shù)和激發(fā)光偏振方向,可以操控粒子在近紅外波段獲得溫度的大幅度調(diào)整.通過與四種典型光熱納米顆粒的對比,芯帽納米顆粒展現(xiàn)出更為獨(dú)特的光熱性能,為其作為一種高效的、局域的熱源,為控制納米尺度的熱誘導(dǎo)提供了一種有效的方式.