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金纳米粒子与二氧化硅核壳结构的制备与应用

高媛媛  
【摘要】:核壳型结构的金属纳米粒子因为具有多功能性、稳定性和可调物理化学特性而引起研究者的兴趣。由于金属纳米粒子的表面等离子体共振特性而在一定波长范围内产生强烈的等离子体吸收和散射现象,这种光学效应能够产生出许多特殊的性质,例如表面局域电磁场增强引起的增强拉曼光谱和增强荧光光谱、等离子共振非线性吸收和散射引起的光限幅性质等。本论文主要研究制备了不同形貌的金纳米粒子与二氧化硅形成的核壳结构,研究了这种核壳结构与有机硅橡胶形成的复合光限幅材料及其光限辐性质,研究了这种核壳结构对碳量子点的等离子体共振荧光增强作用。主要工作和结论包括:1、首先,通过种子介导法制备了金纳米球与金纳米棒,研究了硝酸银、抗坏血酸和CTAB的浓度、种子的用量对金纳米球和金纳米棒形貌的影响。研究发现,通过优化CTAB的浓度和种子、硝酸银、抗坏血酸的用量,能够制备的高度分散的尺寸均一的金纳米球和形貌均一的长径比介于1至4之间的金纳米棒。然后,利用正硅酸乙酯在碱性条件下水解制备了一系列二氧化硅壳层包裹的金纳米粒子,提高了金纳米粒子的稳定性;研究了正硅酸乙酯用量、反应时间等因素对二氧化硅壳厚度的影响。研究发现,通过控制正硅酸乙酯的水解速度、正硅酸乙酯的用量、反应时间等因素可以控制二氧化硅外壳的厚度。2、改变金纳米粒子的形貌可以调节金属粒子复合硅橡胶材料的等离子共振峰位置,通过混合不同形貌和尺寸的金纳米粒子和金纳米棒制备了在350-850 nm可见光范围内均具有一定吸光度复合有机硅橡胶材料。研究发现,这种具有宽波段范围光学收的复合材料在多个激光波长下均表现出光限幅效应,且在激光波长下的吸光度越大,出现光限幅效应越早;激光波长越接近等离子共振峰位置,出现光限幅效应越早。3、利用金纳米粒子与二氧化硅核壳结构与碳量子点表面电性质的不同,通过静电吸附将碳量子点固定到核壳结构的二氧化硅壳层表面,研究了二氧化硅厚度、金纳米棒长度等因素对等离子体共振增强荧光的影响。研究发现,在二氧化硅厚度7至24 nm范围内,金纳米棒的等离子体共振均对碳量子点产生荧光增强,其中二氧化硅厚度为20 nm时荧光增强效应最大;同时发现,金纳米棒的长径比对碳量子点的荧光增强略有影响,其中小长径比的金纳米棒的增强系数略大。


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