表面等離激元金屬納米結構的制備及應用.pdf

1、表面等離子共振是金屬表面自由電子在光的電磁場作用下的的集體振動的現(xiàn)象,在傳感、檢測、發(fā)光、波導、太陽能光伏等多方面有重要應用前景,近年來引起了極大的關注。等離子共振的重要性質之一是使金屬顆粒表面附近的局域電磁場極大增強,因而可以增強拉曼散射的強度(SERS)和提高發(fā)光體的激發(fā)強度。而金屬納米結構的尺寸、形狀和結構將影響表面等離子振動的峰位和強度。因此,制備不同尺寸和結構的金屬納米結構,研究生長的動力學和熱力學因素,對其實際應用具有非常重

2、要的意義。
　　 本文用濕化學法制備了幾種不同結構的金,銀納米顆粒,系統(tǒng)研究了控制顆粒形貌、結構的因素,探討了顆粒的生長機理。進一步利用自組裝的方法將顆粒形成薄膜,研究了顆粒薄膜的SERS性能。并對金屬顆粒的等離子振動與量子點的熒光耦合進行了初步研究。論文取得了如下有創(chuàng)新意義的主要結果:
　　 (1)用一步化學反應的方法,制備了不同尺寸的Ag顆粒。研究發(fā)現(xiàn)實驗參數(shù)如AgNO3和PVP濃度、反應溫度、氨水加入量等因素對產物

3、的形貌和尺寸均有影響。并提出了顆粒生長的兩種模式:擴散生長和團聚生長,小尺寸顆粒主要通過擴散生長長成,較大的顆粒則是由團聚生長得到。
　　 (2)采用油—水界面自組裝的方法制備了由密排Ag顆粒形成的薄膜,研究了其SERS性能。實驗發(fā)現(xiàn),密排顆粒薄膜增強了R6G和pMA的拉曼信號,而且SERS效果與顆粒尺寸有關。密排顆粒膜比滴加Ag溶膠形成的稀疏薄膜具有更好的增強效果。將沉積在襯底上的密排銀顆粒薄膜經(jīng)過500℃熱處理,制備了銀島膜

4、;研究進一步發(fā)現(xiàn),Ag島尺寸和顆粒間距可以由薄膜層數(shù)和熱處理溫度來調節(jié)。
　　 (3)用改進的種子調節(jié)的化學鍍方法,制備得到了具有均勻的、厚度可控的Ag層的SiO2@Ag顆粒。研究發(fā)現(xiàn),加入SiO2球的相對量可以來調節(jié)Ag層的厚度,而合適濃度的PVP和Ag核心的快速長大則是形成理想銀層的關鍵。研究還指出,提高生長階段反應物濃度,并調節(jié)溫度和PVP濃度,可以提高Si02@Ag顆粒的產量。SiO2@Ag顆粒具有從可見到近紅外的可調的

5、吸收峰,吸收峰的位置與Ag層厚度有關。SiO2@Ag核殼顆粒的SERS性能與Ag層形貌有關。
　　 (4)在無表面活性劑限制條件下,通過快速的化學反應制備了一種新型的由銀核心和三維伸展的棒狀凸起構成的花狀Ag結構。提高反應物濃度后,得到了棒狀凸起尺寸更小、更密的花狀Ag結構。TEM和XRD等分析表明,花狀結構的一部分棒狀凸起由通常的FCC相Ag構成,而另一些棒則由HCP相的Ag構成。實驗發(fā)現(xiàn),HCP相的形成是在特定的還原劑甲醛的

6、還原作用下,核心快速自由生長的結果?；钽y顆粒是由HCP銀的各向異性生長和甲醛氧化產物一甲酸在顆粒表面吸附導致。
　　 (5)將制備花狀銀結構的工藝拓展應用到表面覆蓋有銀核心的SiO2球上,制備得到了由SiO2@Ag核殼和Ag納米棒組成的復合結構—海膽狀SiO2@Ag結構。在海膽狀結構中的Ag納米棒中也發(fā)現(xiàn)了HCP相。提高反應物濃度后,海膽狀結構Ag納米棒的尺寸變小,數(shù)量更多。對比實驗表明,海膽狀結構形成的關鍵是在特定還原劑作用

7、下,SiO2球表面Ag核心的自由和快速生長。
　　 (6)用種子法制備了不同長徑比的金納米棒,在生長階段用維生素C作為還原劑。研究發(fā)現(xiàn)加入過量的維生素C時,金棒的頭部會長的較大,形成肉骨頭形狀,同時在吸收譜中會出現(xiàn)第三個峰。在金棒表面包覆較薄的SiO2隔離層減弱了Au棒對CdTe量子點的熒光淬滅效應。另外,由于金納米棒的等離子共振作用,CdTe量子點的熒光壽命變短。
　　 (7)利用油一水界面自組裝的方法,制備了由密排的