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近年来，环境、能源和安全问题日益成为了社会关注的焦点。传统方法在解决这些问题时往往具有能耗高、污染大、可靠性低等缺点，不符合可持续发展的道路。而等离激元共振纳米材料具备光热转换能力，是解决环境问题以及能源转换问题的重要途径。等离激元材料在受到电磁波照射时，会引起材料表面自由电子的剧烈振动，从而形成局域等离激元共振(LocalizedSurfacePlasmonResonance, LSPR)，进而引起剧烈的散射远场和光学吸收，并且在纳米晶体附近产生强烈的近场分布，被广泛地应用于生物、医学、光电子学等领域。但上述等离激元共振纳米材料在颗粒间相互堆叠、重合时，会造成光热性能大幅度降低。且大多数等离激元共振纳米材料结构单一，光热转换能力有限，限制了其实际应用范围。基于此，研究者希望发展通用、高热转换效率的等离激元共振纳米材料，解决实际应用当中的问题。
本文围绕提高等离激元共振材料近红外光热性能，以热点理论为依据，以三种纳米结构为研究对象(CuS半导体、银纳米片、金铜纳米合金)，结合晶种合成过程中反应条件的调控，生成了“热点”不同的纳米晶体，材料的光热性能得到显著加强，并且应用离散偶极子近似方法(DDA)研究了纳米颗粒的形貌与吸收峰位置的关系，讨论了纳米晶体结构变化对于等离激元共振吸收的影响，进而对纳米晶体光热性能与构效的关系进行揭示。主要研究内容及结果如下：
1.采用定向冷冻和脱乙酰等方法，制备了一种高稳定性、低成本、可重复利用的光热蒸发仿生海绵。等离激元半导体纳米颗粒的加入使海绵具有广谱吸收，高光热转换效率，以及光催化还原铀的能力。而海绵的多孔结构使样品可以漂浮在水面上，并且赋予海绵水下高弹性特性，这对于缓冲动态流体以及防止孔隙在压力作用下塌陷具有重要作用。性能测试结果表明，在1个太阳光下，硫化铜海绵水蒸发速率可达1.582kg·m-2·h-1，水蒸发效率为92%，对铀的吸附量可达350mg/g，并且在pH测试、抗盐性测试、循环测试当中均表现出优异的性能，表明该材料在海水淡化具有广阔的应用前景。
2.在利用晶种介导法合成银纳米片的过程当中，引入力学干扰，生成了裂纹纳米片，裂纹纳米片因具有局域电场增强效应，具有更多的局域“热点”，在能量密度为1W/cm-2激光照射下(808 nm)，10s内温度可从26℃上升到100℃。并且利用离散偶极子近似法计算，揭示了纳米片形状与其近红外吸收的线性关系。将裂纹纳米片运用到激光引爆领域，使得黑索金的起爆阈值降低了58.33%，硼硝酸钾的延迟时间缩短了51.00%，显著地提高了激光引爆的可靠性和安全性，使其成为一种具备潜力的独立式激光能量转换材料。
3.利用水热法合成金铜合金过程当中，通过控制前驱体(十六胺)的量，发展了一种形貌特殊、光热效果显著的五角星形纳米晶体。五角星形合金相邻角为72°，并且棱角锐利，在尖锐处形成局域“热点”。这种五角星形AuCu合金在808nm处具有显著的近红外吸收峰，将其应用到激光引爆领域，使得黑索金的起爆阈值降低了83.47%，硼硝酸钾的延迟时间缩短了43.95%。本研究为低激光能量下的起爆低敏炸药提供了借鉴。
针对等离激元共振纳米材料光热转换效率低、近红外吸光度不足等问题，以局域电场增强“热点理论”为依据，调控反应条件，发展了一批富含大量尖角和裂纹的纳米晶体，以期实现等离激元共振纳米材料强烈的近红外吸收和高光热转换效率。
本文围绕提高等离激元共振材料近红外光热性能，以热点理论为依据，以三种纳米结构为研究对象(CuS半导体、银纳米片、金铜纳米合金)，结合晶种合成过程中反应条件的调控，生成了“热点”不同的纳米晶体，材料的光热性能得到显著加强，并且应用离散偶极子近似方法(DDA)研究了纳米颗粒的形貌与吸收峰位置的关系，讨论了纳米晶体结构变化对于等离激元共振吸收的影响，进而对纳米晶体光热性能与构效的关系进行揭示。主要研究内容及结果如下：
1.采用定向冷冻和脱乙酰等方法，制备了一种高稳定性、低成本、可重复利用的光热蒸发仿生海绵。等离激元半导体纳米颗粒的加入使海绵具有广谱吸收，高光热转换效率，以及光催化还原铀的能力。而海绵的多孔结构使样品可以漂浮在水面上，并且赋予海绵水下高弹性特性，这对于缓冲动态流体以及防止孔隙在压力作用下塌陷具有重要作用。性能测试结果表明，在1个太阳光下，硫化铜海绵水蒸发速率可达1.582kg·m-2·h-1，水蒸发效率为92%，对铀的吸附量可达350mg/g，并且在pH测试、抗盐性测试、循环测试当中均表现出优异的性能，表明该材料在海水淡化具有广阔的应用前景。
2.在利用晶种介导法合成银纳米片的过程当中，引入力学干扰，生成了裂纹纳米片，裂纹纳米片因具有局域电场增强效应，具有更多的局域“热点”，在能量密度为1W/cm-2激光照射下(808 nm)，10s内温度可从26℃上升到100℃。并且利用离散偶极子近似法计算，揭示了纳米片形状与其近红外吸收的线性关系。将裂纹纳米片运用到激光引爆领域，使得黑索金的起爆阈值降低了58.33%，硼硝酸钾的延迟时间缩短了51.00%，显著地提高了激光引爆的可靠性和安全性，使其成为一种具备潜力的独立式激光能量转换材料。
3.利用水热法合成金铜合金过程当中，通过控制前驱体(十六胺)的量，发展了一种形貌特殊、光热效果显著的五角星形纳米晶体。五角星形合金相邻角为72°，并且棱角锐利，在尖锐处形成局域“热点”。这种五角星形AuCu合金在808nm处具有显著的近红外吸收峰，将其应用到激光引爆领域，使得黑索金的起爆阈值降低了83.47%，硼硝酸钾的延迟时间缩短了43.95%。本研究为低激光能量下的起爆低敏炸药提供了借鉴。
针对等离激元共振纳米材料光热转换效率低、近红外吸光度不足等问题，以局域电场增强“热点理论”为依据，调控反应条件，发展了一批富含大量尖角和裂纹的纳米晶体，以期实现等离激元共振纳米材料强烈的近红外吸收和高光热转换效率。