金納米顆粒有序結(jié)構(gòu)的界面自組裝及其電磁場(chǎng)耦合增強(qiáng)研究.pdf

1、隨著納米合成加工技術(shù)不斷的提高，不斷有新的納米技術(shù)得到商業(yè)化，為此，成功地將納米加工技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到工業(yè)生產(chǎn)的能力變得越來越重要。與傳統(tǒng)的自上而下工藝技術(shù)相比，自下而上的自組裝方法可產(chǎn)生更小特征尺寸的有序結(jié)構(gòu)而不需要昂貴的設(shè)備。然而，目前已有的自組裝方法，各具優(yōu)缺點(diǎn)和局限性。另外，有序結(jié)構(gòu)陣列的大面積自組裝仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。為此，發(fā)展一種簡(jiǎn)單、靈活、廉價(jià)、普適性的有序結(jié)構(gòu)陣列的自組裝方法顯得迫在眉睫。單分散球形金納米顆粒，由于其圓球形貌

2、和具有各向同性等特點(diǎn)，有望實(shí)現(xiàn)高度有序的組裝結(jié)構(gòu)，并基于表面等離子激元共振及電磁場(chǎng)耦合增強(qiáng)特性，將在環(huán)境催化、生物傳感、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。本論文旨在發(fā)展單分散金納米顆粒的合成方法、普適的氣-液和液-液界面自組裝技術(shù)，從而構(gòu)筑二維大面積平方厘米級(jí)的有序金納米顆粒陣列和三維新型有序等離激元新材料，探索金納米顆粒有序陣列電磁場(chǎng)耦合增強(qiáng)在SERS檢測(cè)中的應(yīng)用。取得的成果如下:
　　(1)發(fā)展了快速、高效制備單分散、尺寸可控的球形金納

3、米顆粒的方法
　　在溶液中自由生長(zhǎng)的晶體Au納米顆粒，各個(gè)晶面能量不同，生長(zhǎng)具有各向異性等特點(diǎn)，易于生長(zhǎng)出分明的菱面和頂角。針對(duì)以上問題，我們基于前期化學(xué)法獲得高產(chǎn)率、單分散、尺寸可控制各金納米八面體的基礎(chǔ)上，利用非聚焦激光束輻照誘導(dǎo)金納米八面體顆粒體相熔融和液相的快速冷卻，發(fā)展了一種簡(jiǎn)便、高效的制備方法，成功獲得了單分散的球形金納米顆粒。并深入研究了激光功率與輻照時(shí)間對(duì)制備金納米球的影響。進(jìn)一步提出光熱蒸發(fā)模型，揭示出納秒脈沖激

4、光輻照下八面體金納米顆粒形貌的轉(zhuǎn)變、球形納米顆粒間的融合和顆粒粒徑減小的理論機(jī)制。
　　(2)提出了表面張力梯度誘導(dǎo)的氣-液界面自組裝方法，實(shí)現(xiàn)了大面積平方厘米級(jí)、有序金納米顆粒陣列的組裝
　　針對(duì)已有自組裝方法對(duì)金納米顆粒的組裝局限性，過大面積的組裝往往難以實(shí)現(xiàn)高度有序等問題，我們發(fā)展了一種不僅簡(jiǎn)單、可靠和廉價(jià)，而且靈活、易與現(xiàn)有納米加工技術(shù)相兼容的自組裝技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)具有大面積、有序金納米顆粒陣列的組裝。該方法獲得的金納

5、米陣列漂浮于水面上，呈現(xiàn)出明亮的金色光澤，易轉(zhuǎn)移至所需襯上。進(jìn)一步揭示了形成有序的金納米顆粒陣列單層膜的作用機(jī)理，即表面張力梯度誘導(dǎo)的自組裝原理。
　　(3)提出了部分互溶的反相微乳模板法，實(shí)現(xiàn)了三維新型有序的金膠質(zhì)體結(jié)構(gòu)等離子激元材料的構(gòu)筑
　　在生物醫(yī)學(xué)上，具有微納空心結(jié)構(gòu)的Plasmonic膠囊能夠負(fù)載治療癌癥的藥物分子，同時(shí)實(shí)現(xiàn)化療和熱療相結(jié)合的雙治療模式，這些將為癌癥的早期診斷治療提供了良好的應(yīng)用前景。相比之下，本

6、文提出了一種新型的反相微乳液模板法，即水-正丁醇的微乳體系，以單分散球形金納米顆粒作為基本構(gòu)筑單元，在界面自由能最低原理的驅(qū)動(dòng)下，首次制備出一種新型、三維有序等離子激元膠質(zhì)體(Plasmonic Colloidosomes)結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的微乳液模板法相比，該方法充分利用了反相微乳液模板體系中油/水的部分可溶性，實(shí)現(xiàn)了具有微米尺寸的、規(guī)則多層殼的PCs組裝。該P(yáng)Cs結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)烈的等離激元共振耦合、能夠吸收可見光區(qū)域中極大部分光的特點(diǎn)，從表

7、觀顏色來看是黑色的，因此也被稱為“黑金”。進(jìn)一步揭示了通過反相微乳模板體系獲得多殼層結(jié)構(gòu)的機(jī)理，并發(fā)掘該體系具有普適性，同樣適用于不同形貌、大小的貴金屬顆粒。該膠質(zhì)體結(jié)構(gòu)將為實(shí)現(xiàn)生物傳感器、藥物裝載、光學(xué)微腔和微型反應(yīng)器的應(yīng)用提供一個(gè)新平臺(tái)。
　　(4)探索了金有序結(jié)構(gòu)的電磁場(chǎng)耦合增強(qiáng)在SERS檢測(cè)中的應(yīng)用
　　進(jìn)一步結(jié)合FDTD理論模擬計(jì)算，探索了二維有序金納米陣列的等離激元共振耦合、電磁場(chǎng)增強(qiáng)效果。證實(shí)該二維有序金納米陣