电介质/金属核壳结构纳米粒子的制备及表面等离子共振特性

【摘要】： 本文分别通过湿化学还原组装和物理镀膜的方法制备了电介质核金属壳结构复合纳米粒子，采用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)和紫外可见近红外吸收光谱(UV-Visible-Infrared)测试等现代分析手段，研究了所制备的核壳结构复合纳米粒子的微观结构和光学特性，重点探讨了其自身的几何尺寸和周围介质环境对其表面等离子共振特性的影响。 采用改进的St(?)ber方法制备了高圆度、窄分布、单分散的SiO_2纳米粒子，在石英片和载玻片上对纳米粒子分别采用了旋涂法、蒸发法、提拉法等进行了自组装，制备出了纳米粒子的单层密排及多层面心立方纳米结构。以附着在电介质表面的金纳米粒子为晶种，采用湿化学还原组装的方法，制备了完全包裹的SiO_2／Au核壳结构纳米粒子以及稻米状Fe_2O_3／Au、Fe_2O_3／Ag核壳结构纳米粒子，在对其形貌的研究中发现：金种纳米粒子在壳层生长的过程中起了至关重要的作用。 以石英片和载玻片上制备的纳米粒子自组装结构为模板，通过真空镀膜技术，制备了核壳结构复合纳米粒子，最终通过超声分离的方法得到溶液中单分散的核壳结构纳米粒子。实验结果表明所制备的核壳结构纳米粒子呈不完全包裹的帽状结构，内核粒径为100—500nm，当壳层厚度控制在50nm以下时，容易制得单分散性良好的复合粒子。 化学法制备的核壳结构纳米粒子，在金属壳层刚开始生长的过程中，共振峰先发生红移直到形成完整的球壳，然后随着壳层厚度的增大，共振峰开始逐渐蓝移；Fe_2O_3／Au(Ag)核壳结构纳米粒子在形成过程中其共振峰逐渐红移并展宽，这是由于自身几何形状的原因存在长轴和短轴两个方向的共振模式叠加造成的结果。 帽状金属纳米粒子表现出可调谐的光学特性：其等离子共振峰随金属壳层厚度的增大而发生不同程度的蓝移，随内核粒径的增大发生更为明显的红移，粒径从120nm到500nm变化时，共振峰可以从可见光区红移到2000nm以上的红外区，并且出现多个共振峰，这是因为粒径增大到一定的程度，多极子共振愈加明显。复合结构纳米粒子的等离子共振特性受所处环境的影响显著，随周围介质折射率的增大同样发生红移，红移量明显大于同类金属薄膜。