摘要
本研究探討金屬奈米顆粒的局域表面電漿共振效應，以及其在奈米尺度礦物著色機制中的作用。研究整合時域有限差分法模擬、高解析度穿透式電子顯微鏡、球差校正穿透式電子顯微鏡與聚焦離子束等技術，從天然礦物的色彩成因、奈米顆粒的光學特性，到人工合成與再現實驗，建立研究礦物著色機制的新方向。
本所吳琮任所長以第一作者，與宋聖榮、陳文山、林文及曾紹欽共同發表研究論文〈金屬奈米顆粒的局域表面電漿共振效應：奈米尺度的礦物著色新機制表徵、模擬與再現〉，刊載於《臺灣鑛業》第 77 卷第 3 期。
局域表面電漿共振（Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR）是金屬奈米顆粒受到光激發時所產生的特殊光學現象。金屬奈米顆粒表面的自由電子會在入射光電場作用下產生集體振盪，進而造成特定波長光的選擇性吸收、散射與局部電磁場增強。
本研究整合天然礦物觀察、先進顯微分析、數值模擬與人工再現實驗，探討金屬奈米顆粒的尺寸、形狀、組成及周圍介電環境，如何影響局域表面電漿共振的共振頻率與礦物外觀色彩。
在實驗表徵方面，研究使用高解析度穿透式電子顯微鏡（High-Resolution Transmission Electron Microscope, HR-TEM）、球差校正穿透式電子顯微鏡（Aberration-Corrected Transmission Electron Microscope, AC-TEM）、聚焦離子束（Focused Ion Beam, FIB）、電子能量損失譜（Electron Energy Loss Spectroscopy, EELS）、能量色散 X 光譜（Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS）及原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope, AFM）等方法，分析金屬奈米顆粒的微觀結構、元素組成及表面形態。
在數值模擬方面，研究採用時域有限差分法（Finite-Difference Time-Domain, FDTD）模擬金與銀奈米顆粒的光學特性，包括吸收光譜、反射光譜、近場電場分布及局部電場增強效應。
天然礦物研究以俄勒岡日光石中的銅奈米顆粒為例，說明奈米顆粒的形狀差異如何透過 LSPR 效應影響礦物色彩，為天然礦物特殊色彩的形成提供新的奈米尺度解釋。
人工合成與再現實驗則利用濺鍍及退火處理，在莫桑石表面形成金屬奈米顆粒，並透過顯微分析與光學模擬，研究奈米顆粒形成、尺寸分布及光學效應之間的關聯。
研究結果顯示，金屬奈米顆粒的尺寸、形狀、分布、周圍介電環境及基板結晶性，均會顯著影響 LSPR 的共振頻率與光學效應。局域表面電漿共振不僅是解釋天然礦物特殊色彩的重要機制，也可作為人工調控礦物及光學材料外觀色彩的技術基礎。
本研究將奈米尺度的檢測、模擬與再現方法導入礦物著色研究，為礦物色彩成因、奈米礦物學及光學材料開發提供新的跨領域研究方向。
論文資訊
中文標題：金屬奈米顆粒的局域表面電漿共振效應：奈米尺度的礦物著色新機制表徵、模擬與再現
英文標題：Localized Surface Plasmon Resonance of Metal Nanoparticles: A New Mechanism for Nanoscale Mineral Coloration via Characterization, Simulation, and Reproduction
作者：吳琮任、宋聖榮、陳文山、林文、曾紹欽
期刊：《臺灣鑛業》
卷期：第 77 卷第 3 期
頁碼：19–26
出版時間：2025 年 9 月
關鍵詞
局域表面電漿共振、Localized Surface Plasmon Resonance、LSPR、金屬奈米顆粒、Metal Nanoparticles、礦物著色、時域有限差分法、Finite-Difference Time-Domain、FDTD、穿透式電子顯微鏡、Transmission Electron Microscopy、奈米礦物學
引用資訊
內容類型：研究論文 中文標題：金屬奈米顆粒的局域表面電漿共振效應：奈米尺度的礦物著色新機制表徵、模擬與再現 英文標題：Localized Surface Plasmon Resonance of Metal Nanoparticles: A New Mechanism for Nanoscale Mineral Coloration via Characterization, Simulation, and Reproduction 作者：吳琮任、宋聖榮、陳文山、林文、曾紹欽 英文作者：Tsung-Jen Wu, Sheng-Rong Song, Wen-Shan Chen, Wen Lin, Shao-Chin Tseng 第一作者：吳琮任 期刊：臺灣鑛業 卷期：第 77 卷第 3 期 頁碼：19–26 出版時間：2025 年 9 月