Оптичне поглинання композитами з металевими нанорозмірними сфероїдальними частинками
The paper considers the problem of light absorption by a nanocomposite with randomly oriented metal spheroidal particles-inclusions, provided that the volume content of such inclusions is small. Expressions for the frequency dependences of the effective dielectric function and the absorption coeffic...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/704 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543953954799616 |
|---|---|
| author | Pavlyshche, N. I. Korotun, A. V. Kurbatsky, V. P. |
| author_facet | Pavlyshche, N. I. Korotun, A. V. Kurbatsky, V. P. |
| author_sort | Pavlyshche, N. I. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-12-03T12:12:51Z |
| description | The paper considers the problem of light absorption by a nanocomposite with randomly oriented metal spheroidal particles-inclusions, provided that the volume content of such inclusions is small. Expressions for the frequency dependences of the effective dielectric function and the absorption coefficient of the metal-dielectric nanocomposite are obtained within the effective medium model taking into account the axial symmetry of spheroidal inclusions. The effective relaxation rate of electrons is introduced using the kinetic approach. Numerical calculations are performed for the cases when inclusion particles have the form of elongated and flattened nanospheroids. The results of the calculations indicate the presence of two maxima of the absorption coefficient, which correspond to longitudinal and transverse surface plasmon resonance. The change in the position and magnitude of the maxima of the frequency dependences of the effective dielectric function and the absorption coefficient with varying the size and shape of the spheroidal particles-inclusions is analyzed. It is shown that the greater the difference in the lengths of the semi-axes of the spheroids, the greater the distance between the maxima of the effective dielectric function and the absorption coefficient, and the shape of the curves depends on the eccentricity of spheroidal inclusions. It has been found that the position of the maxima is significantly influenced by the choice of the material of the inclusion particles and the matrix medium, while the height of the maxima is largely influenced by the shape of the nanoparticles, as well as their volume content in the composite medium. It is proved that, dependent on the material of nanoparticles-inclusions, both maxima of the absorption coefficient can be found in the visible part of the spectrum (for Au inclusions) or in the ultraviolet (for Al inclusions). It is also possible that one maximum lies in the visible part of the spectrum, and the other in the ultraviolet, which is the case for inclusions of Pd, Pt, Cu, Ag. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:10Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-704 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:38Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7042023-12-03T12:12:51Z Optical absorption of composites with metallic nanosized spheroidal particles Оптичне поглинання композитами з металевими нанорозмірними сфероїдальними частинками Pavlyshche, N. I. Korotun, A. V. Kurbatsky, V. P. nanocomposite prolate and oblate spheroids effective dielectric function absorption coefficient effective relaxation rate нанокомпозит витягнуті та сплюснені сфероїди ефективна діелектрична функція коефіцієнт поглинання ефективна швидкість релаксації The paper considers the problem of light absorption by a nanocomposite with randomly oriented metal spheroidal particles-inclusions, provided that the volume content of such inclusions is small. Expressions for the frequency dependences of the effective dielectric function and the absorption coefficient of the metal-dielectric nanocomposite are obtained within the effective medium model taking into account the axial symmetry of spheroidal inclusions. The effective relaxation rate of electrons is introduced using the kinetic approach. Numerical calculations are performed for the cases when inclusion particles have the form of elongated and flattened nanospheroids. The results of the calculations indicate the presence of two maxima of the absorption coefficient, which correspond to longitudinal and transverse surface plasmon resonance. The change in the position and magnitude of the maxima of the frequency dependences of the effective dielectric function and the absorption coefficient with varying the size and shape of the spheroidal particles-inclusions is analyzed. It is shown that the greater the difference in the lengths of the semi-axes of the spheroids, the greater the distance between the maxima of the effective dielectric function and the absorption coefficient, and the shape of the curves depends on the eccentricity of spheroidal inclusions. It has been found that the position of the maxima is significantly influenced by the choice of the material of the inclusion particles and the matrix medium, while the height of the maxima is largely influenced by the shape of the nanoparticles, as well as their volume content in the composite medium. It is proved that, dependent on the material of nanoparticles-inclusions, both maxima of the absorption coefficient can be found in the visible part of the spectrum (for Au inclusions) or in the ultraviolet (for Al inclusions). It is also possible that one maximum lies in the visible part of the spectrum, and the other in the ultraviolet, which is the case for inclusions of Pd, Pt, Cu, Ag. У роботі розглядається задача про поглинання світла нанокомпозитом з хаотично орієнтованими металевими сфероїдальними частинками-включеннями за умови малого об’ємного вмісту таких включень. Отримано вирази для частотних залежностей ефективної діелектричної функції та коефіцієнта поглинання метал-діелектричного нанокомпозиту у рамках моделі ефективного середовища з урахуванням аксіальної симетрії сфероїдальних включень. Ефективну швидкість релаксації електронів введено з використанням кінетичного підходу. Чисельні розрахунки проведено для випадків, коли частинки-включення мають форму витягнутих і сплюснених наносфероїдів. Результати розрахунків свідчать про наявність двох максимумів коефіцієнта поглинання, які відповідають поздовжньому та поперечному поверхневому плазмонному резонансу. Проаналізовано зміну положення та величини максимумів частотних залежностей ефективної діелектричної функції та коефіцієнта поглинання при зміні розміру і форми сфероїдальних частинок-включень. Показано, що чим більшою є різниця довжин півосей сфероїдів, тим більшою є відстань між максимумами ефективної діелектричної функції і коефіцієнта поглинання, а форма кривих залежить від ексцентриситету сфероїдальних включень. Встановлено, що на положення максимумів суттєво впливає вибір матеріалу частинок включення та матричного середовища, тоді як на висоту максимумів значною мірою впливає форма наночастинок, а також їхній об’ємний вміст у композиційному середовищі. Доведено, що залежно від матеріалу наночастинок-включень, обидва максимуми коефіцієнта поглинання можуть знаходитися у видимій частині спектра (для включень Au) або в ультрафіолетовій (для включень Al). Можливо також, що один максимум лежить у видимій частині спектра, а інший – в ультрафіолетовій, що має місце для включень Pd, Pt, Cu, Ag. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2023-11-22 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/704 10.15407/hftp14.04.561 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 14 No. 4 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 561-568 Химия, физика и технология поверхности; Том 14 № 4 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 561-568 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 14 № 4 (2023): Хімія, фізика та технологія поверхні; 561-568 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp14.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/704/719 Copyright (c) 2023 N. I. Pavlyshche, A. V. Korotun, V. P. Kurbatsky |
| spellingShingle | нанокомпозит витягнуті та сплюснені сфероїди ефективна діелектрична функція коефіцієнт поглинання ефективна швидкість релаксації Pavlyshche, N. I. Korotun, A. V. Kurbatsky, V. P. Оптичне поглинання композитами з металевими нанорозмірними сфероїдальними частинками |
| title | Оптичне поглинання композитами з металевими нанорозмірними сфероїдальними частинками |
| title_alt | Optical absorption of composites with metallic nanosized spheroidal particles |
| title_full | Оптичне поглинання композитами з металевими нанорозмірними сфероїдальними частинками |
| title_fullStr | Оптичне поглинання композитами з металевими нанорозмірними сфероїдальними частинками |
| title_full_unstemmed | Оптичне поглинання композитами з металевими нанорозмірними сфероїдальними частинками |
| title_short | Оптичне поглинання композитами з металевими нанорозмірними сфероїдальними частинками |
| title_sort | оптичне поглинання композитами з металевими нанорозмірними сфероїдальними частинками |
| topic | нанокомпозит витягнуті та сплюснені сфероїди ефективна діелектрична функція коефіцієнт поглинання ефективна швидкість релаксації |
| topic_facet | nanocomposite prolate and oblate spheroids effective dielectric function absorption coefficient effective relaxation rate нанокомпозит витягнуті та сплюснені сфероїди ефективна діелектрична функція коефіцієнт поглинання ефективна швидкість релаксації |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/704 |
| work_keys_str_mv | AT pavlyshcheni opticalabsorptionofcompositeswithmetallicnanosizedspheroidalparticles AT korotunav opticalabsorptionofcompositeswithmetallicnanosizedspheroidalparticles AT kurbatskyvp opticalabsorptionofcompositeswithmetallicnanosizedspheroidalparticles AT pavlyshcheni optičnepoglinannâkompozitamizmetaleviminanorozmírnimisferoídalʹnimičastinkami AT korotunav optičnepoglinannâkompozitamizmetaleviminanorozmírnimisferoídalʹnimičastinkami AT kurbatskyvp optičnepoglinannâkompozitamizmetaleviminanorozmírnimisferoídalʹnimičastinkami |