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闫仕农 (闫仕农.)

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近来,纳米尺度的金属颗粒,由于其独特的尺寸与形状相关的光学和电子学特性,在光电子、催化、化学及生物传感等领域显示出巨大的应用潜力,尤其是金、银等自由电子贵金属纳米颗粒,在可见光谱波段所具有的源于表面等离子体共振的特征吸收带,更是引起人们的极大关注。    本论文从实验制备、光谱分析、数值计算和理论分析等方面研究了金、银及其复合纳米颗粒的光学特性随着颗粒的尺寸、组分、形貌特征、修饰介质等的变化规律,取得如下主要成果:    利用晶种生长的方法控制制备了单分散的不同粒径的球状金纳米颗粒。紫外-可见-近红外吸收光谱的分析说明,随着颗粒粒径的增大,其吸收峰将产生红移。当用蓝紫光激发研究金纳米颗粒的荧光发射光谱时发现,在可见光波段,具有两个发射峰。分析认为,位于530nm附近的发射峰,是金纳米颗粒表面等离子体散射而引起的;结合固体金的能带结构,另一个位于红光波段的发射峰是由 带间跃迁产生的。从经典的电磁理论出发,对金纳米颗粒尺度相关的表面局域场增强效应数值分析的结果表明,在550-900nm光波范围内,金纳米颗粒具有较强的局域场增强效应,这为深入研究金纳米颗粒的非线性光学性质提供了重要的理论参考价值。    通过一步液相共还原法制备了金-银合金复合结构的纳米颗粒,用TEM对颗粒的形貌及尺寸进行了表征;UV-vis吸收光谱实验分析发现,金-银合金结构纳米颗粒具有与纯金和纯银纳米颗粒相似的单峰表面等离子体吸收特征;随着反应液中金离子和银离子的摩尔比的增加,吸收光谱的峰值波长将向长波方向定向频移;基于金属自由电子Drude模型和Mie散射理论,对金-银合金复合纳米颗粒的光学吸收特性的组分相关性做了数值计算,结果与实验基本吻合。此研究表明金-银复合纳米微粒的光学吸收特性具有组分可剪裁性。    利用化学还原法在已制备好的球状金纳米颗粒的表面沉积生长银壳层获得了单分散的金芯-银壳复合结构的纳米颗粒。用透射电子显微镜和紫外-可见分光光度计对颗粒的形貌和光学吸收特性进行了表征。结果发现:金芯/银壳复合结构的纳米颗粒呈现出单分散的球形分布,其吸收光谱与纯金、纯银及金-银合金复合纳米颗粒的显示单峰表面等离子体吸收带不同,而是具有明显的双峰等离子体吸收特征,一个吸收带始终位于纯银纳米颗粒的等离子体吸收峰附近,另一个吸收带介于纯金和纯银纳米颗粒的等离子体吸收峰之间,且随着反应液中Ag+摩尔数的增加而产生蓝移;基于Mie’s理论的数值计算进一步说明银壳层厚度的增加是吸收峰产生频移的主要原因。    对介质修饰贵金属金纳米颗粒的光学特性进行了实验和理论方面的研究。首先采用物理吸附的方法分别用介质十二烷基苯磺酸钠(ABS)和十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)成功的对用化学方法制备的金纳米颗粒进行了表面包覆。透射电子显微镜(TEM)照片清楚的表明,颗粒具有芯-壳结构的特征形貌。UV-vis吸收光谱的实验观测发现,与金芯-银壳金属-金属复合结构双峰的等离子体吸收特征不同,介质包覆金复合结构的纳米颗粒具有单峰的等离子体吸收带,随着包覆介质浓度的增加,吸收峰将向长波方向定向移动;利用准静电近似理论详细计算分析了吸收光谱中峰的频移、强度及半极大全宽度(FWHM)与电介质壳层厚度之间的关系。

Keyword:

Mie’s理论 表面等离子体共振 复合纳米颗粒 贵金属 合金 局域场 吸收特性 芯-壳结构 荧光特性 准静电场理论

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  • [ 1 ] 西安交通大学电子与信息工程学院

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Degree: 工学博士

Mentor: 王永昌

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Year: 2006

Language: Chinese

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