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基于金纳米棒结构的合成及其光学性质的研究

柯军华  
【摘要】:贵金属纳米材料(尤其金和银)因其具有良好的物性及其表现出的独特光学特性—局域表面等离激元共振(LSPR)现象,成为纳米科学领域中的一个热门课题。在众多贵金属纳米结构中,金纳米棒(GNRs)因其表现出依赖于形貌的各向异性且可调的SPR特性,在生命科学、光电技术等领域受到广泛关注。本论文围绕金纳米棒的合成、自组装、表面包覆等课题开展实验,并借助FDTD数值计算分析研究影响SPR的诸多因素,为基于金纳米棒的相关理论与应用研究奠定基础。本论文的具体研究内容和研究成果如下:1.利用晶种生长法,合成出不同长径比的GNRs,其纵向表面等离激元共振(SPRL)吸收峰可在近红外波段可调。研究了表面保护剂、AA和环境温度对金纳米棒生长的影响。用FDTD方法对不同纵横比的金纳米棒进行光学性质模拟,理论计算结果与实验结果相一致,均表明SPRL的峰值与金纳米棒的纵横比(AR)存在线性关系。2.分别用THF和MPA诱导GNRs的肩并肩(S-S)组装和头对头(E-E)组装,研究添加剂的浓度和温度等因素对金棒组装过程的影响。利用FDTD方法研究了SPR吸收峰与组装模式和组装个数的关系,成功解释了实验过程中的光谱变化规律。3.利用溶胶—凝胶法制备出具有不同SiO_2壳层厚度的GNR@Si O_2核-壳复合纳米结构,研究了SiO_2壳层在碱性条件下形成机理以及CTAB在表面包覆的过程中的重要作用。用FDTD方法模拟GNR@Si O_2复合体系不同SiO_2壳层厚度的的光学性质,发现SPRL随着壳层厚度的增大而发生红移,这与实验结果相一致。进一步地,找到一种简单有效的方法用于制备具有良好水溶性和热稳定性的GNRs多聚体核-壳复合纳米结构,核是具有S-S和E-E结构的GNRs组装体系。这种纳米结构不仅保持了金纳米棒组装体的SPR性质,而且还具有良好的热稳定性和生物相容性。4.通过调控实验参数,得到基于GNRs的Au@Ag和Au@Pd两种双金属核壳纳米结构,光谱表明,除了形貌、聚合度以及介质的折射率之外,纳米颗粒的组成成份也会对SPR产生较大的影响。


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