多层球形颗粒内辐射吸收产热分析(2)
随着颗粒复合材料的深入广泛研究， 颗粒复合材料因其特殊的辐射特性在至
今的很多领域得到了应用，如在医学药物应用中，在体外照射近红外激光，纳米
球壳发生等离子激元共振，吸收激光能量并释放热量，可以有效地使伤口快速愈
合。[2]
根据此类等离子激元共振现象各种医疗应用正在开发，这些应用可以利用
温度变化诱导，按照细胞寻靶机理，即通过强劲的胞质基因组感应表面的热流纳
米球壳或者纳米颗粒。[1]
球形多层纳米粒子（10nm-100nm）一般小于波长，因此
在入射光辐照其表面时， 会产生复杂的交互作用。 纳米颗粒有着特有的表面效应、
尺寸效应、宏观量子隧道效应、介电限域效应、库仑阻塞与量子隧穿、量子尺寸
效应等。
近年来国内外对于金属多层颗粒的研究越加重视， 不仅因为金属核壳结构的
特殊性结构，国外已经有研究成果广泛应用于催化以及生物医学、表面增强拉曼
散射、非线性光学器件。[4]
在生物医学方面，核壳纳米粒子的辐射特性更是得到
了广泛关注。多层核壳型颗粒和普通纳米颗粒类似，吸收截面要比自身的几何截
面要大很多，并能够在可见光乃至远红外的波长范围中保持良好的吸收产热作
用。 如多层复合金纳米颗粒， 在近红外波段表面容易发生等离子激元共振现象[5]，
吸收达到峰值，表面热流显著增强。复合金纳米颗粒这一性质，已经广泛应用于
癌症治疗、药物传递和释放以及生物传感器等等领域，目前美国的N.Halas 科研
小组在药物释放已经取得了相当大的进展[7,8]
,并致力于研究利用金纳米颗粒的
表面热流消灭肿瘤细胞而对周围细胞体没有影响。
随着纳米材料研究的研究深入， 纳米隐身颗粒材料在于军事密切相关的航空
领域得到了应用。相对于普通材料，纳米颗粒材料由轻元素组成，良好的光学吸
收特性也凸显了纳米颗粒材料的优势。对于雷达发射的电磁波，纳米颗粒具有高
吸收率和透过率，纳米粒子内部将电磁能量吸收转换成热能，大大削弱了雷达电
磁波的能量，即实现了隐身技术。通过多种材料组合，即合成了多层纳米颗粒，
具备的强吸收产热特性，也将成为纳米隐身材料的热门研究方向。[6]
综上所述，多层球形颗粒辐射产热的研究有着远大前景，在生活应用以及国
防科技很多方面都具有重要的研究意义。
1.2 国内外研究进展
现今的文献多见于金属纳米颗粒的研究， 而近来核壳纳米颗粒的研究也成为
了纳米材料的一个重要研究方向。纳米颗粒因其特有性质而备受瞩目，但是材料
限制性质比较单一，而核壳纳米材料具有它的特殊结构和辐射特性，整合了内核
外壳的两种介质的性质，互相弥补了不足，因此也有着光明的前景。当前核壳材
料的研究处于热门却尚未完全成熟，而关于多层球形颗粒，尚未见有详细可靠的
研究。[8]
Nidine harris 等人研究了金纳米颗粒和核壳两层材料的热吸收问题，在不
同的电磁波入射，变化的核壳比值下，取得最优化吸收最强的颗粒。[1]
该研究内
容利用了传热传质学的对流换热、辐射换热、热传导等理论分析两层颗粒材料的
吸收能量、表面热流状况以及表面平衡温度的变化，太阳光条件下得到最大直径
80nm核壳比0.8的最佳优化颗粒， 而在激光条件下的最优化颗粒尺寸是直径50nm
核壳比是0.9。该研究虽然分析了表层的热流和颗粒的辐射换热，但是并没有提