基于薄膜材料的超材料和人工表面等离激元动态调制方法的研究的开题报告.docx

基于薄膜材料的超材料和人工表面等离激元动态调制方法的研究的开题报告
一、研究背景
超材料是人工制造的具有特殊电磁性质的材料，其电磁特性不仅受材料成分和结构的影响，而且受外界场的作用。超材料具有自然材料所没有的负折射率、超介质、电介质共振等特点，因此其具有诸多应用价值，在通信、能量转换、细胞成像、传感等方面应用广泛。
然而，超材料的制备成本较高，制作难度大，成品尺寸和形状限制较多。人工表面等离激元是一种利用金属纳米结构和光子晶体等制造的能量子，在表面上进行光学波传输和增强的技术，逐渐成为超材料的新兴研究方向，具有制备难度低、可控性强、尺寸可调等优点，在生物医学、光电子学、信息技术等领域有着广阔的应用前景。
本文将基于薄膜材料的超材料和人工表面等离激元动态调制方法开展研究，旨在探究薄膜材料在超材料和人工表面等离激元制备中的应用以及其动态调制方法，为材料科学领域的研究提供新思路和实验基础。
二、研究内容和步骤
1.超材料的制备和性能测试。采用厚度约100nm的银薄膜制造超材料，并通过扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等手段对制备的超材料进行形貌和结构表征，研究其在不同波长、入射角度、极化方向等条件下的光学性能和电磁特性。
2.人工表面等离激元的制备和优化。选取玻璃、金属和光子晶体材料作为底板，利用光刻、蒸镀、离子束刻蚀等工艺方法制备纳米结构，对不同的制备参数进行优化，研究对人工表面等离激元的影响。
3.基于薄膜材料的动态调制方法的研究。采用厚度可调的聚苯乙烯（PS）、聚合物、硅等薄膜材料作为调制层，通过层间重叠、光控制孔径形状、光调制折射率等方法，动态调制超材料和人工表面等离激元的光学性能以及电磁响应。
4.效应的量化测试。采用透射光谱仪、磁控溅射电离模式质谱仪（SIMS）等仪器对上述制备样品进行光学性能和电磁响应测试，对调制效应进行量化研究。
5.应用研究。基于所得的超材料和人工表面等离激元制备样品，研究其在光声图像、传感器、光电计算、生物医学等领域的应用，对其性能进行探究。
三、研究意义和创新点
1.开展薄膜材料在超材料和人工表面等离激元动态调制方法的研究，扩展超材料和人工表面等离激元制备的新思路，并为材料科学领域的研究提供新思路和实验基础。
2.通过对超材料和人工表面等离激元的光学性能、电磁特性等研究，推动超材料和人工表面等离激元的应用发展，以满足新一代信息技术、生物医学、建筑材料等多领域的需求。
3.利用薄膜材料进行超材料和人工表面等离激元的动态调制，拓展了超材料和人工表面等离激元制备的新思路，为其实际应用提供了新的可能性。
四、研究计划及预期成果
预计研究周期为两年，具体研究计划如下：
第一年：制备超材料和人工表面等离激元样品，进行光学、电磁响应测量，初步探究薄膜材料在超材料和人工表面等离激元制备中的应用。
第二年：对制备样品进行动态调制、性能测试以及应用研究，提炼出最佳方案和参数，形成可重复的制备流程。并最终形成硕士论文。
预计达到的预期性能：
1.成功制备具有高灵敏度、可重复性和高信噪比的超材料和人工表面等离激元样品。
2.确定出最佳的薄膜材料动态调制方法，探究其性能和作用机理，为材料科学研究提供新思路和实验基础。
3.基于所制备的样品，探究其在光声图像、生物医学等领域的应用，并取得一定的应用效果。