表面等離子增強的案例
微波爐內葡萄產生電磁場表面等離子增強效應，發出火光
image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_760" data-initial-src="https://img.jishulink.com/upload/202111/8396f0457d2240159e485d79abf83458.png"></div></div><p><br></p><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"> (A)(B)兩個葡萄中間放置15層的紙 (C)各包有8層紙 (D)將圖C的結果旋轉后方便觀看 </p><p><br></p><p><br></p><p> <strong>兩顆葡萄中間間隙區域產生了大量等離子體，聚集能量發生高溫燒蝕。那么問題來了，為什么微波爐加熱一顆葡萄不會這樣，而加熱兩顆或者兩個半顆就會出現這樣的狀態？</strong></p><p> </p><p> 這個奇怪的現象一直以來都讓科學家們很困擾，并不了解其中的原理。后來，來自于加拿大特倫特大學的哈姆扎·哈塔克（Hamza K. Khattak）、亞倫·斯萊普科夫（Aaron D. Slepkov）以及來自于加拿大康考迪亞大學的巴勃羅·比努奇（Pablo Bianucci）三位研究員把這個現象研究明白了，并在學術期刊《PNAS》發表了論文。
展開 Ansys | 什么是表面等離子體光子學及其應用
業界正在做出巨大努力，旨在利用表面等離子體的獨特屬性，將電子器件的尺寸效率與光子學的數據效率相結合。
表面等離子體光子學的挑戰
表面等離子體的傳播僅在其移動幾毫米之后就會受到歐姆損耗的抑制，因此業界正在研發由石墨烯、金屬氧化物和氮化物等等離子體納米粒子構建的等離子體學納米結構，以應對該挑戰。
熱是另一項挑戰——它會影響等離子體信號的傳播長度和振幅。
具有合適電氣和光學屬性組合的金屬納米結構和幾何結構可能可以解決這些挑戰。這是因為銅、銀、鋁、金等其他材料中的金屬納米結構允許表面等離子體激元（SPP）傳播。
SPP是在金屬-電介質界面傳播的共振電子振蕩。其會產生強烈的光-物質相互作用，從而增強光電應用中的弱光學效應。
表面等離子體光波導
SPP可以被視為特殊類型的光波。因此，金屬互連可支持這些波在金屬-電介質界面傳播，并用作光波導或表面等離子體光波導。
SPP可用復波矢量表示。該矢量的虛部與SPP傳播長度成反比，而實部與約束成正比。
表面等離子體與電路設計的實際集成，取決于傳播長度和約束之間的反比關系的平衡。理想情況下，表面等離子體光波導可同時最大限度增加表面等離子體的約束和傳播長度，以獲得最佳效果。
表面等離子體激元傳播造成的耗散損耗可以通過增益放大或集成光纖等光子元件來抵消，從而產生混合表面等離子體光波導。
表面等離子體光波導呈亞波長模態，小于光的衍射極限。在小于光的波長下的SPP傳播方式是可能的，這一想法讓業界振奮不已，從而為能夠在光學頻率下進行納米級信息處理的芯片級器件開辟了可能性。
展開 基于comsol的石墨烯表面等離子波導分析 ￥1500
</p><p>表面等離子體激元( Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是電磁波與金屬表面的自由電子相互耦合產生的沿著金屬和介質界面傳播的一種電磁表面波模式1習,存在于金屬膜結構、納米型結構阿、碳分子結構,最近發現存在石墨烯結構中。入射光束的電場能夠驅動金屬結構分界面的自由電荷(傳導電子)來回集體振蕩運動,具有限制光和電場增強的能力。同時其分布深度波長量級以下,且不再受限于衍射極限門。因此,表面等離子體可以將光限制在亞波長尺寸范圍內進行操控,成為實現亞波長量級光電子器件的有效可行途徑,促進光電子器件和傳感器件性能的進一步提升。基于表面等離子體的光子學是目前國際前沿研究領域,憑借其優勢吸引眾多學者參與研究。</p><p><br></p><p>本模型采用Si和SiO2做基底，表面敷設石墨烯。</p><p><br></p><p>沒有增加石墨烯的情況，13THz的波無法在模型內傳播。 <img src="https://img.jishulink.com/images/202205/pPxZEzit6h4qdPdsWPMUc5.png"> 增加石墨烯后，在一定頻率下出現耦合。
展開 OptiMode應用矢量有限元法模擬表面等離子體激元
這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質界面具有電場強度極值，由于其對任意接近該表面的改變極其敏感通常可用于傳感應用。利用合適的模式解算器可以得到具有2D結構的導模。
等離子體平均功率流圖
1. 應用
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亞波長光學
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傳感
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信號傳輸
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光學偏振器
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彎曲波導
2. 優勢
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VFEM模式求解器可輕松處理高橫縱比的波導
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搜索具有復值模式指數的模態
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高階插值混合向量/節點元素,可以準確地捕捉到金屬與電介質交界面附近的高電場強度
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三角網格尺寸能夠適應高精度材料屬性
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利用波導的對稱性，可以降低仿真域并把具有特定對稱性的模態作為目標
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VFEM快速而且精確
3. 仿真描述
矢量有限元法（VFEM）模式求解器接收復介電常數材料，并使用特別適合對高對比度介電界面進行建模的矢量基函數來表示。其中一個很好的例子就是使用VFEM模式求解器來計算表面等離子傳導結構。
該結構在研究中背面顯示為黑色輪廓線，中心范圍的銀由介電常數為4的材料圍繞。材料銀在633nm波長的介電常數是-19-j0.53[1]。該傳導結構不僅僅有高介電常數對比度組成，同時具有較高的橫縱比，即寬度遠大于厚度。
利用對稱邊界和如[1]中分類的模式組合，相應波導厚度模式的色散曲線如圖1所示。所有模式具有一個主Ey分量，該分量有TM模組成并具有無限寬度結構。
展開 
OptiMode應用矢量有限元法模擬表面等離子體激元
這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質界面具有電場強度極值，由于其對任意接近該表面的改變極其敏感通?？捎糜趥鞲袘谩＠煤线m的模式解算器可以得到具有2D結構的導模。
等離子體平均功率流圖
1.應用
?亞波長光學
?傳感
?信號傳輸
?光學偏振器
?彎曲波導
2.優勢
?VFEM模式求解器可輕松處理高橫縱比的波導
?搜索具有復值模式指數的模態
?高階插值混合向量/節點元素,可以準確地捕捉到金屬與電介質交界面附近的高電場強度
?三角網格尺寸能夠適應高精度材料屬性
?利用波導的對稱性，可以降低仿真域并把具有特定對稱性的模態作為目標
?VFEM快速而且精確
3.仿真描述
矢量有限元法（VFEM）模式求解器接收復介電常數材料，并使用特別適合對高對比度介電界面進行建模的矢量基函數來表示。其中一個很好的例子就是使用VFEM模式求解器來計算表面等離子傳導結構。
該結構在研究中背面顯示為黑色輪廓線，中心范圍的銀由介電常數為4的材料圍繞。材料銀在633nm波長的介電常數是-19-j0.53[1]。該傳導結構不僅僅有高介電常數對比度組成，同時具有較高的橫縱比，即寬度遠大于厚度。
利用對稱邊界和如[1]中分類的模式組合，相應波導厚度模式的色散曲線如圖1所示。所有模式具有一個主Ey分量，該分量有TM模組成并具有無限寬度結構。
圖1 模態指數作為銀厚度的函數
對于厚度值較小的一些模式表現出較小的損耗，如SS0模式，其Ey分量關于x和y軸對稱。SS0模式備受關注，因為除了其較低的損耗，其坡印廷矢量與一個光纖(HE11)的基模在形狀上極為相似[1]。
SS0模式的坡印廷矢量沿軸傳輸顯示在背面；注意的是，功率在交界面的限制遠大于中心。
展開 一期一會 | 表面等離子體光子學詳解及其應用
業界正在做出巨大努力，旨在利用表面等離子體的獨特屬性，將電子器件的尺寸效率與光子學的數據效率相結合。
表面等離子體光子學的挑戰
表面等離子體的傳播僅在其移動幾毫米之后就會受到歐姆損耗的抑制，因此業界正在研發由石墨烯、金屬氧化物和氮化物等等離子體納米粒子構建的等離子體學納米結構，以應對該挑戰。
熱是另一項挑戰——它會影響等離子體信號的傳播長度和振幅。
具有合適電氣和光學屬性組合的金屬納米結構和幾何結構可能可以解決這些挑戰。這是因為銅、銀、鋁、金等其他材料中的金屬納米結構允許表面等離子體激元（SPP）傳播。
SPP是在金屬-電介質界面傳播的共振電子振蕩。其會產生強烈的光-物質相互作用，從而增強光電應用中的弱光學效應。
表面等離子體光波導
SPP可以被視為特殊類型的光波。因此，金屬互連可支持這些波在金屬-電介質界面傳播，并用作光波導或表面等離子體光波導。
SPP可用復波矢量表示。該矢量的虛部與SPP傳播長度成反比，而實部與約束成正比。
表面等離子體與電路設計的實際集成，取決于傳播長度和約束之間的反比關系的平衡。理想情況下，表面等離子體光波導可同時最大限度增加表面等離子體的約束和傳播長度，以獲得最佳效果。
表面等離子體激元傳播造成的耗散損耗可以通過增益放大或集成光纖等光子元件來抵消，從而產生混合表面等離子體光波導。
表面等離子體光波導呈亞波長模態，小于光的衍射極限。在小于光的波長下的SPP傳播方式是可能的，這一想法讓業界振奮不已，從而為能夠在光學頻率下進行納米級信息處理的芯片級器件開辟了可能性。
常見的表面等離子體光波導類型包括金屬-絕緣體-金屬（MIM）、絕緣體-金屬-絕緣體（IMI）、通道等離子體激元（CPP）和間隙等離子體激元（GPP）波導。
什么是表面等離子體光子學超材料？
展開 廈門大學Nano Energy：CdS核-金等離子體衛星納米結構增強光催化析氫反應
經過APTMS修飾后，CdS納米粒子表現出帶正電荷的表面，使得CdS能夠有效地捕獲表面帶負電的Au納米粒子。通過調整催化劑的結構和反應條件，對CdS核-金等離子體衛星催化劑的增強機理進行了全面的研究。 結合近場增強和“熱”電子轉移的協同效應已被揭示，并且導致了巨大的增強。 這項工作很好地表明，SPR的增強可以大大提高傳統半導體光催化劑的光催化活性，從而為開發用于太陽能轉換的高效光催化劑提供了有前途的策略。
文獻鏈接：CdS core-Au plasmonic satellites nanostructure enhanced photocatalytic hydrogen evolution reaction(Nano Energy. DOI.org/10.1016/j.nanoen.2018.04.048)
展開 Ansys Lumerical | 用于增強現實系統的表面浮雕光柵
Gaylord，“最佳平行面傾斜表面浮雕光柵”，Appl. Opt. 46， 3674-3681 （2007）
武漢宇熠科技是 ANSYS 全線產品中國區官方指定代理商，提供 Ansys Zemax、Ansys Lumerical、Ansys Speos 等軟件產品的培訓、銷售、技術支持、二次開發、解決方案及這些軟件相關全方位定制服務。
清華大學 張若兵 等：等離子體射流與表覆多孔無機污穢硅橡膠間的相互作用：表面憎水或親水？
（a）
（b）
（c）
（d）
圖3 等離子體處理后不同小分子含量的染污硅橡膠的憎水遷移過程（由a到d小分子含量逐漸減少）
圖4 等離子體處理后染污硅橡膠表面傅里葉紅外光譜FTIR分析結果
圖5 等離子體處理后染污硅橡膠表面XPS分析結果
3
等離子體作用機理
（1）
等離子體加速憎水性提高的兩個效應
等離子體提高染污硅橡膠表面憎水性有兩個不同的效應。效應I發生在等離子體處理過程中，對小分子含量要求較高，提高憎水性所需時間短（小于10s），其可能的機理是等離子體穿透了硅橡膠表面的多孔灰層，直接作用于硅氧烷小分子，加速了其遷移擴散和吸附過程。效應II發生在等離子體處理后，對小分子含量要求較低，提高憎水性所需時間較長（小時級），其可能機理是等離子體增強了高嶺土吸附小分子的能力，從而加速了硅氧烷小分子在高嶺土層中的遷移。
展開 基于comsol的SERS、表面拉曼增強分析 ￥1890
但Fleishmann認為這是由于電極表面的粗糙化，電極真實表面積增加而使吸附的吡啶分子的量增加引起的，而沒有意識到粗糙表面對吸附分子的拉曼光譜信號的增強作用。一直到1977年，Van Duyne和Creighton兩個研究組各自獨立地發現，吸附在粗糙銀電極表面的每個吡啶分子的拉曼信號要比溶液中單個吡啶分子的拉曼信號大約強10?，指出這是一種與粗糙表面相關的表面增強效應,被稱為SERS 效應。</p><h2>效應</h2><p>編輯<a href="https://baike.baidu.com/item/%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E5%A2%9E%E5%BC%BA%E6%8B%89%E6%9B%BC%E6%95%A3%E5%B0%84/13855590" rel="noopener noreferrer" target="_blank">表面增強拉曼散射</a>( SERS) 效應是指在特殊制備的一些金屬良導體表面或<a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%BA%B6%E8%83%B6/10646034" rel="noopener noreferrer" target="_blank">溶膠</a>中,在激發區域內,由于樣品表面或近表面的電磁場的增強導致吸附分子的拉曼散射信號比普通拉曼散射(NRS) 信號大大增強的現象。
展開 5，comsol超表面-石墨烯增強金屬納米結構的近紅外光吸收 ￥3389
本文復現了論文《基于磁激元效應的石墨烯-金屬納米結構近紅外吸收研究》-陳浩 該篇論文中所有結果。
基于磁激元效應的石墨烯-金屬納米結構近紅外吸收研究.pdf
首先，模型如下
在半無窮大Ag襯底上有一層sio2，sio2上面有周期性的Ag納米顆粒，一束平面光從上往下垂直照射，作者發現在Ag納米顆粒上面鋪一層石墨烯，能大大提高對近紅外光波段的光的吸收。
首先 撇開石墨烯不談，這個模型是仿真超材料吸收方面的基礎中的基礎 ，即設計一個周期性的結構，然后計算該結構的吸收光譜。
本文的難點在于石墨烯的仿真。文中給出了通過計算石墨烯電導率，然后得到石墨烯的相對介電常數。具體如下圖
文中將石墨烯當做面材料處理，作者說由于石墨烯太薄，若當做體材料處理會大大增加計算量。
其實把石墨烯畫成體材料，然后手動用掃略去剖網格的話，并不會增加太多計算量。在下面的付費內容中額外給出了把石墨烯畫成體材料的模型。把石墨烯處理成體材料或者面材料在本文模型中計算結果一致，如下圖。
以下是論文VS我復現的對比
1，首先對比有無石墨烯時候的吸收光譜
2，在吸收峰值處的磁場分布與損耗功率密度
3，改變多種參數，反復計算
4，石墨烯相對介電常數的虛部
下面是付費內容，如下圖
展開 
鎳單原子表面修飾分級MoS2納米片及其增強電催化析氫性能
作者對MCM@MoS2-Ni的電催化HER性能進行了研究，以探索單原子結構表面調節的貢獻。通過密度泛函理論(DFT)計算充分證實了新的能帶結構的生成。新生成的能帶結構可以直接提高與Ni原子配位的S原子對H吸附的吉布斯自由能, 進而促進反應的進行。為了確認DFT預測，作者通過LSV曲線來研究催化劑在0.5 M H2SO4中的電催化HER性能。如圖4c和4d所示，MoS2和MCM的復合可以有效地加速電催化動力學，從而提高催化性能。此外，Ni單原子的表面修飾則可以進一步促進本征活性位點的生成，進一步提高反應速率。為了研究MCM@MoS2-Ni催化劑的穩定性，作者進行了恒電位下的長期穩定性測試和連續的LSV掃描。MCM@MoS2-Ni的電流密度在24 h內保持基本穩定 (圖4e)，1000次循環后LSV曲線出現較小偏移，進一步證明了電催化劑的高穩定性(圖4f)。作者還通過研究雙層電容(Cdl)來評估電化學活性表面積(ECSA)(圖4g,h)。電化學阻抗譜(EIS)擬合結果證明MCM@MoS2-Ni的電荷轉移電阻遠小于MCM@MoS2和原始MoS2 (圖4i)。從上述結果可以看出，MCM@MoS2-Ni活性的顯著增強很與其增強的電子傳遞效率以及增加的本征活性位點有關。
【小結】
綜上所述，作者利用表面調控策略，將孤立的鎳原子有效地修飾于MCM納米纖維支撐的分層MoS2納米片上。X射線吸收精細結構分析證實修飾的鎳原子在MoS2的基面上產生縮短的Ni-S鍵以及扭曲構型。DFT計算表明，孤立的鎳原子修飾可以形成新的電子態，以調節氫原子在配位硫原子上的吸附行為，進而實現對S原子的活化。所合成的MCM@MoS2-Ni電催化劑具有較高的HER活性和穩定性。
展開 核殼納米結構的構筑、光催化應用及應用前景
圖七：軟模板法合成核殼結構
使用表面活性劑作為模板的典型軟模板的示意圖及不同SiO2殼結構的TEM圖像。
圖八：軟模板法合成多殼結構
基于表面活性劑的軟模板方法合成具有多殼的核殼結構材料及其TEM圖像。
圖九：乳液為模板的軟模板法
使用乳液作為模板的軟模板法合成TiO2@SiO2核殼結構材料，Au@SiO2核殼結構材料及其TEM圖像。
圖十：超聲波噴霧熱解軟模板法
基于氣溶膠的噴霧熱解方法的示意圖及制備的Fe2O3@Fe2O3材料的表征。
圖十一：“瓶中造船”法合成多殼結構
“瓶中造船”法原位合成示意圖及其表征。
圖十二：基本方法的結合
結合了硬模板，軟模板，水熱法和“瓶中造船”法合成TiO2@TiO2雙殼結構及TEM圖像。
圖十三：散射增強增強電荷產生
(a-d) 固體顆粒，單核核-殼結構，雙殼結構和多殼結構的光散射形式的示意圖；
(e-h) 不同結構不同激活的核殼結構及其協同促進光催化作用。
圖十四：局域表面等離子體共振增強電荷產生
(a) 等離子體粒子上的等離子體振蕩示意圖；
(b) 增強等離子體材料光催化作用的三種機制示意圖；
(c-e) 熱電子注入的影響的精細示意圖。
展開 如何解決淡水問題？且看海水淡化材料的神通！
如：一是將太陽能蒸餾器的海水池底部涂黑，但是該方案無法避免海水對光照的反射；二是用染料將海水染黑，增強海水對光照的吸收。沿著第二條優化路徑，將其與納米光熱技術相結合，如表面增強等離子體效應。
由此，納米光熱流體的概念應運而生，其基本原理是：納米顆粒吸收光照的加熱方式不同于傳統的體加熱，可以在金屬納米顆粒的周圍產生局域的高溫，加熱溶液產生蒸汽，達到更快速蒸發的效果，而不是像煮沸那樣需要將全部的水體進行加熱。如華南理工大學張正國團隊利用石墨、石墨烯作為納米基元，研究了其在離子液、水、石蠟等分散液的光熱轉換性能，研究發現這些體系可以作為太陽能海水淡化技術的熱轉移納米流體（圖2：Solar Energy Materials & Solar Cells 147 (2016) 101-107； Renewable and Sustainable Energy Reviews 72 (2017) 10-32）。孟照國研究團隊也研究了CuO-ATO、ZrC納米流體的光熱海水淡化性能，這些納米顆?？梢燥@著的增強納米流體對太陽輻射的吸收，并且納米流體隨固含量的增大，其透射率降低，納米流體表現出了寬波段吸收特性（Solar Energy Materials & Solar Cells, 2017,162: 83-92）。萊斯大學的Halas團隊將的金/二氧化硅核殼結構納米顆粒分在溶液中，形成一種納米流體，利用金納米顆粒的等離激元效應吸收光照加熱海水（圖3：ACS Nano, 2013, 7, 42-49）。然而，太陽能的能量密度畢竟只有l kw/m2要引入熱法海水淡化的處理方案，往往需要加入高倍率的聚光吸收。
展開 