Au@Ag核-壳层纳米结构光学性质的研究

利用离散偶极近似(discrete dipole approximation,DDA)的方法,系统研究壳层的材料、尺寸及形貌等因素对Au@Ag核-壳纳米光学吸收谱的峰值、峰位的影响。研究表明在液体环境中金球颗粒计算的结果与Mie理论计算的结果吻合,表明光学常数三次样条插值后DDA计算Au@Ag核-壳层纳米粒子的光学性质是准确可靠的。随着Ag壳层厚度增加,Au@Ag核-壳层球形纳米颗粒的吸光谱线形成与金球颗粒谱线不同的肩峰,然后主峰红移、肩峰蓝移消失合并为一条吸收峰,光学吸收谱线强度明显增强。Au@Ag核-壳层纳米立方体的光学吸收谱线在450nm时出现了许多次级吸收峰,随着Ag壳层厚度增加,主、次吸收峰增强,主吸收峰出现明显的蓝移。银壳层厚度的变化不仅改变光学吸收强度和峰值的位置,还在Au@Ag核-壳层纳米颗粒的尖端形成了很强的表面等离子体振荡(surface plasma resonance,SPR),提高Ag对光学吸收的影响。     

Ag-Au二元纳米微粒吸收谱的计算

纳米微粒的光学性能与其表面等离子体共振关系密切.本文利用推广的Mie理论计算研究了Au-Ag体系单质、合金以及核壳结构纳米颗粒的消光、吸收和散射的性能(包括壳核结构Ag-Au微粒在紫外-可见光的吸收性能),计算结果与实验值相符合得很好.研究表明,随着粒径的增加,微粒表面等离子体共振偶极吸收峰出现红移,波峰位置与纳米微粒的尺寸具有线性关系.壳核结构中,粒径与核壳比决定了整个微粒的吸收性能.进一步研究表明,当Au壳层较薄时,可以获得具有可调光学性能的壳核纳米结构;而当Au壳层较厚时,其光学性能与同尺寸单质Au微粒一致.通过计算分析,本文还将Mie理论推广到具有空腔结构并且壳层厚度达到一定值的纳米微粒.另外,研究发现合金结构纳米微粒的吸收峰位置与合金成分有着线性关系.本研究表明,人们可以通过控制纳米微粒的尺寸、形貌和结构,调节其表面等离子体共振峰位,这大大拓展了纳米微粒的应用范围.     

不同Ag壳厚度Au@Ag纳米粒子的调控制备表征及表面增强拉曼光谱的效应

采用化学还原法制备了以Au为核、包覆Ag的双金属核壳Au@Ag纳米粒子,并成功地用于表面增强拉曼光谱(SERS)分析测试。通过改变制备液中Ag/Au的量比来调控Ag壳包覆厚度。采用透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见光谱仪(UV-Vis)对Au@Ag纳米粒子的构貌进行表征。TEM显示明显存在核壳结构,且Ag壳层随Ag/Au的量比的增加而逐渐变厚;UV-Vis表明随着Ag/Au的量比的增加,Au@Ag纳米粒子出现了Au核与Ag壳吸收峰的2个等离子体共振峰,同时伴随着Au峰的蓝移和Ag峰的红移。以双甲脒为分析物,考察了不同Ag/Au的量比时的Au@Ag纳米粒子的SERS活性。结果表明,SERS活性随Ag/Au的量比的增加先增大后减小,在6∶5时其SERS增强效应最佳,此时Ag壳厚度约为6 nm。以对巯基苯胺(4-ATP)、结晶紫(CV)和双甲脒为分析测试对象,对比了Au@Ag、Ag、Au 3种基底的SERS活性。结果表明,所制备的Au@Ag纳米粒子的SERS活性要明显优于单纯的Au、Ag纳米粒子。     

重离子辐照SiO_2/Si结构变温光致发光谱研究

本文研究了重离子辐照前后SiO_2/Si结构光学性质的变化。实验选择初始能量为414 MeV,不同辐照总剂量的Sn离子,在室温下辐照氧化层厚度为36nm和90nm的SiO_2/Si结构。并在不同测试温度下获得了辐照前后SiO_2/Si结构的光致发光谱(PL)谱。在相同的测试温度下,随着辐照总剂量的改变,峰位发生了移动,峰的强度也发生了改变;在相同的辐照总剂量下,随着测试温度的改变,峰位发生移动。由于受束缚激子发光的影响,在测试温度为80K时出现了一个新的光致发光峰。     

Au/SiO2纳米复合薄膜的微结构及光吸收特性研究

用多靶磁控溅射技术制备了Au/SiO2纳米多层薄膜.利用透射电子显微镜以及吸收光谱对Au/SiO2复合薄膜的微观结构、表面形貌及光学性能进行了表征和测试.研究结果表明:单层Au/SiO2薄膜中Au沉积时间小于10s时,分散在SiO2中的Au颗粒随Au的沉积时间的延长而增大;当沉积时间超过10s后,Au颗粒的尺寸几乎不随沉积时间变化,但Au颗粒的形状由网络状结构变为薄膜状结构.[Au(t1)SiO2(600)]×5多层薄膜在540-560nm波长附近有明显的表面等离子共振吸收峰,且吸收峰的强度随Au的沉积时间增加而增强.基于修正后的Maxwell-Garnett (M-G)有效媒质理论,讨论了金属颗粒的形状对等离子共振吸收峰的峰位和强度的影响.模拟的吸收光谱与实验吸收光谱形状、趋势及吸收峰位相符合.     

银粒子的表面修饰及荧光表面增强效应

采用表面化学修饰制备了Ag-SiO2核-壳纳米粒子,发现SiO2包裹壳层形状随其厚度而改变,包裹初期SiO2壳层依托银核的形状生长,随着壳层厚度增加则趋于热力学稳定的球状。银纳米粒子的表面等离子体共振可由SiO2包裹壳层厚度调变,银核吸收谱峰随壳层厚度增大而红移。Ag-SiO2核-壳纳米粒子可极大增强罗丹明6G的荧光强度,且表面增强效应与壳层的厚度密切相关。     

没食子酸还原法制备金银合金纳米粒子及其吸收光谱研究

用没食子酸一步液相还原制备粒度均匀和性质稳定的Au-Ag合金纳米粒子,研究在不同反应温度和Au／Ag摩尔比下Au-Ag合金纳米粒子的吸收光谱特性。实验结果表明Au-Ag合金纳米粒子仅有1个吸收峰,介于纯Ag和纯Au纳米粒子的吸收峰之间,且随着反应温度的提高,合金纳米粒子的最大吸收峰位逐渐蓝移,吸光度增加,半峰宽变窄。随着Au/Ag摩尔比的增加,合金纳米粒子的最大吸收峰位红移,且与其所含Au摩尔百分数呈线性关系。HRTEM表征结果说明制备的Au/Ag合金纳米粒子近球形、粒度均匀、无包覆现象。EDX分析结果证实单个纳米粒子由Au和Ag组成,其元素组成比与参加反应的Au/Ag摩尔比接近。     

银纳米棒双体结构的表面等离子体共振光学特性研究

利用时域有限差分方法,研究了银纳米棒双体结构的散射光谱及其电场分布,并对其局域表面等离子体耦合共振特性进行了分析。研究表明随着银纳米棒之间的距离变大,其表面等离子共振峰的强度逐渐变弱,横向四极模式和横向偶极模式峰位基本不变。纳米棒半径的增加和夹角的变大,都会引起峰值强度明显增强。通过场分布计算发现,纳米棒半径的增加和夹角的变大都可以在颗粒的近场区域产生"热点",这种局域电磁场显著的增强对表面增强拉曼散射、荧光探针、纳米催化等方面的应用具有参考价值。     

(Au-Probe)@SiO_2单层纳米粒子膜制备及表面增强拉曼光谱研究

表面增强拉曼光谱(SERS)因其高达单分子检测的表面灵敏度而广受青睐,其增强机理主要包括电磁场增强效应(EM)和电荷转移增强(CT)。通常,前者占主导作用,且局域电磁场可极大地增强表面吸附分子的拉曼信号。而介质通常对局域电磁场和EM增强有一定影响,从而影响SERS检测,通过壳层隔绝纳米粒子(SHINs)可避免介质与SERS增强源间的直接接触。但迄今为止,几乎未见有关介质对其增强拉曼光谱(SHINERS)影响的研究,主要因SERS基底均匀性较差所致。制备了两种探针分子内嵌且Au核尺寸不同的核壳纳米粒子,即(55 nm Au-PNTP)@SiO_2和(110 nm Au-pMBA)@SiO_2,壳层厚度分别为3.5和4.0 nm,壳层结构连续且无针孔效应。采用液-液两相成膜法制备其单层膜,转移至固相基底上可作为SERS基底,(55 nm Au-PNTP)@SiO_2单层膜上SERS谱峰强度的相对标准偏差约为5.38%,(110 nm Au-pMBA)@SiO_2单层膜上相对标准偏差约为5.97%,其重现性及均匀性优良,符合作为SERS基底的要求。研究它们分别在空气和水两种介质中的SERS效应,结果表明Au核被致密无针孔效应的SiO_2壳层包裹,且探针分子内嵌其中,由此完全隔绝了电磁场增强源内核Au纳米粒子与介质的直接接触,当改变基底所处的环境时,其实际介质仍为SiO_2,因此在两种介质中SERS信号几乎不发生改变。内嵌探针分子的PNTP或pMBA被包裹在SiO_2壳层内,溶剂及氧气等均无法参与反应,因此探针分子未发生SPR催化反应,保持稳定的光谱特征。由此可见内嵌探针分子的SERS信号强度及光谱特征不受介质的影响,可望作为多介质环境使用的高灵敏度SERS检测以及稳定内标或标记的重要基底。     

核壳结构CdS/ZnS纳米微粒的制备与光学特性

用微乳液法制备CdS纳米微粒 ,以ZnS对其进行表面修饰 ,得到具有核壳结构的CdS/ZnS纳米微粒 .采用X射线衍射 (XRD)、透射电镜 (TEM )表征其结构、粒度和形貌 ,紫外 可见吸收光谱 (UV)、光致发光光谱(PL)表征其光学特性 .制得的CdS近似呈球形 ,直径为 3.3nm ;以XRD和UV证实了CdS/ZnS核壳结构的实现 .研究了不同ZnS壳层厚度对CdS纳米微粒光学性能的影响 ,UV谱表明随着壳层厚度的增加纳米微粒的吸收带边有轻微的红移 ,同时短波吸收增强 ;PL谱表明壳层ZnS的包覆可减少CdS纳米微粒的表面缺陷 ,带边直接复合发光的几率增大 ,具有合适的壳层厚度时发光效率大大提高 .