金纳米颗粒呈黑色的原因

纳米材料与技术作业

专业：光学工程

学号：10121938

姓名：赵凡凡

1、金纳米颗粒为什么呈黑色？

金纳米颗粒之所以呈现黑色是由于金纳米颗粒对入射光波的吸收所造成的。金纳米颗粒的吸收为表面等离子体的共振吸收，它与金属表面自由电子的运动有关。在金属电子论中，金属中的自由电子可以用自由电子气模型来表示：即价电子是完全共有化的，构成金属中导电的自由电子，离子实与价电子的相互作用完全被忽略，而且自由电子被视为毫无相互作用的理想气体，为了保持金属的电中性，可以设想离子实的正电荷散布于整个体积之中，和自由电子的负电荷正好中和。正是由于这种理想自由电子气模型和常规等离子体相似，所以叫做金属中的等离子体。等离子体在热平衡时时准电中性的，若等离子体内部受到某种扰动而使其一些区域带和密度不为零，就会产生强的静电恢复力，使等离子体内的电荷分布发生振荡，这就是等离子体振荡。这种振荡主要是电场和等离子体流运动相互制约而形成的。所以当电磁波作用于等离子体时，就会使等离子体发生振荡，而当电磁波的频率和等离子体的振荡频率相同时，就会产生共振，这种共振宏观上就表现为纳米粒子对光的吸收。

如图，不同粒径的纳米粒子对光的吸收，其吸收光谱几乎覆盖了整个紫外-可见光波段，并且在520-530nm处表现出极强的吸收峰。由于金纳米颗粒对光的吸收致使观察者无法获得其反射光，因此，金纳米颗粒表观上呈黑色。

2、金溶胶为什么呈红色？

金纳米溶胶一般是通过化学方法在水溶液中还原四氯金酸（HAuCl4）获得的，如下所示。

+ 柠檬酸钠Au

HAuCl

金溶胶在生成的初级阶段，首先形成大的团状聚集体，随反应时间的延长，其光谱显示为紫外吸收降低，可见光吸收逐步增强，而最大吸收波长逐渐向短波方向蓝移，金溶胶的这种光谱吸收为金原子的特征吸收。在反应时间为5 min左右时形成稳定分散的金溶胶。

如图，在形成稳定的金溶胶后其光谱显示最大吸收波长在560nm左右，而长波波段吸收相对较少，因此，在可见光范围内由于短波长吸收较大从而金溶胶便表现出长波波段特性，即呈红色。

参考文献

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[2]孙秀兰，赵晓联，汤坚. 纳米金溶胶形成过程的可见光吸收光谱研究. 无锡轻工大学学报，2004，7

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[4] 彭菊村，卢强华，吴波英. 金纳米颗粒水相合成工艺研究. 稀有金属材料与工程，2006. 6

[5] 高丽珍. 金纳米颗粒的制备、表面改性及光学特性的研究. 河南大学硕士学位论文，2004