金纳米颗粒的有序制备及其光学特性
金纳米颗粒 粒径
金纳米颗粒粒径金纳米颗粒是一种具有奇特光学和电子学特性的纳米材料。
其粒径约为1~100纳米。
金纳米颗粒凭借其独特的性质，被广泛应用于生物医学、纳米电子学、催化剂、传感器等领域。
本文将重点介绍金纳米颗粒的制备、性质和应用。
金纳米颗粒的制备方法多种多样，常见的有物理法、化学法和生物法。
物理法主要利用溅射、气凝胶法等技术，通过控制金属薄膜或纳米粉末的物理过程，制备金纳米颗粒。
化学法则是以金盐为原料，通过还原或沉淀等反应，将金盐还原成纳米颗粒。
生物法则是利用生物体合成金纳米颗粒，如利用细菌或其他微生物代谢产物的还原剂还原金盐。
金纳米颗粒的性质主要表现在其表面等离子共振吸收和局域表面等离子体共振效应上。
当金纳米颗粒的粒径接近可见光波长时，其微小尺寸会导致光散射，使金纳米颗粒呈现出独特的颜色。
这种现象被称为“表面等离子共振吸收”。
另外，金纳米颗粒还具有较高的比表面积和强烈的局域场增强效应，使其具备了优异的催化性能和传感能力。
金纳米颗粒在生物医学领域的应用非常广泛。
由于其良好的生物相容性和可调控的表面性质，金纳米颗粒可以作为药物传递系统，用于肿瘤治疗。
通过改变金纳米颗粒的形状、大小和表面修饰，可以实现靶向传递药物、光热治疗和药物释放等功能。
此外，金纳米颗粒还被用于生物检测和诊断。
基于金纳米颗粒的传感器可以利用其特殊的光学性质，灵敏地检测生物分子和细胞。
在纳米电子学领域，金纳米颗粒也有着重要的应用价值。
由于其优异的电子输运性能和独特的光学性质，金纳米颗粒可以作为电子元件和光电器件的构建材料。
例如，利用金纳米颗粒制备的场效应晶体管具有较高的电导率和较低的漏电流，可以用于高性能的电子设备。
此外，金纳米颗粒还可以作为光电转换器件的增强剂，提高光电转换效率。
金纳米颗粒的催化应用是另一个重要领域。
由于其较大的比表面积和丰富的表面活性位点，金纳米颗粒表现出优异的催化性能。
金纳米颗粒常用于催化剂的制备，用于提高反应速率和选择性，促进化学反应的进行。
金纳米颗粒分子式
金纳米颗粒分子式
金纳米颗粒分子式为Au。
金纳米颗粒是一种具有纳米级尺寸的金材料，其分子式为Au。
金纳米颗粒具有许多独特的性质和应用，因此在科学研究和技术领域中引起了广泛的关注和应用。
金纳米颗粒具有优异的光学特性，如表面等离子共振和局域表面等离子共振效应。
这些特性使得金纳米颗粒在光学传感、生物成像和光热治疗等领域具有重要的应用。
例如，在生物医学领域，金纳米颗粒可以作为生物标记物，用于检测和治疗癌症等疾病。
此外，金纳米颗粒还可以用于太阳能电池、催化剂和传感器等领域。
金纳米颗粒的制备方法多种多样，常见的方法包括化学还原法、溶剂热法和激光蚀刻法。
这些方法可以控制金纳米颗粒的形状、尺寸和分散性。
例如，可以通过控制反应条件和添加表面活化剂来调控金纳米颗粒的形貌和尺寸。
金纳米颗粒在生物医学和纳米材料领域的应用前景广阔。
然而，由于其高成本和环境污染等问题，金纳米颗粒的大规模制备和应用还面临许多挑战。
因此，需要进一步的研究和技术创新，以提高金纳米颗粒的制备效率和降低成本，推动其在各个领域的应用。
金纳米颗粒是一种具有广泛应用前景的纳米材料，其分子式为Au。
通过控制制备方法和表面修饰，可以调控金纳米颗粒的形貌、尺寸和表面性质，实现不同领域的应用。
随着科学技术的不断发展，金
纳米颗粒在医学、能源和环境等领域的应用将得到进一步的拓展。
纳米金的制备与性能
颜色随晶粒直径变化而发生 红色至紫色 改变；
能与多种生物大分子结合，主要应用于生物医学和检测方面。
研究历史
?4世纪
?变色的罗马酒杯
?(Lycurgus Cup)
?19世纪
?法拉第首次报道 纳米金溶胶
?20世纪
?有关纳米金溶胶 的制备和性质研 究明显增多
?21世纪
?各向异性的纳米 金颗粒制备及在生 物医学等方面的应 用
纳米金特性
?和多种有机或生物配体相互作用
?大比表面积
?纳米金特性
?量子尺寸效应
?电子能量
?制备简单，颗粒稳定
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
?势垒宽度
?单电子跃迁（库仑阻塞）
?表征 ?手段
? 表征手段
?1
?结构表征 ? XRD，ED，IR ，NMR, Raman
?2
?成份分析 ?AAS，AES ，MS ，EA ，XPS ，XRF
19世纪20世纪4世纪变色的罗马酒杯lycurguscup法拉第首次报道纳米金溶胶有关纳米金溶胶的制备和性质研究明显增21世纪各向异性的纳米金颗粒制备及在生物医学等方面的应用势垒宽度电子能量和多种有机或生物配体相互作用量子尺寸效应大比表面积纳米金特性单电子跃迁库仑阻塞制备简单颗粒稳定表征手段结构表征xrdedirnmrraman性质表征光电磁热力uvvisplvms形貌表征temsemstmafm成份分析aasaesmseaxpsxrf晶种生长法合成不同长径比的金棒光化学法合成不同长径比的金棒电化学法合成金纳米棒超声化学法合成金纳米带模板法合成sio2au核壳颗粒seedmediatedgrowthmethod制备种子溶液5ml0005m06ml001m搅拌2min25水浴黄褐色
基础实验：金纳米粒子的制备及其光学性质
58Univ. Chem. 2019, 34 (1), 58−63收稿：2018-06-22；录用：2018-06-26；网络发表：2018-07-09*通讯作者，Email: ylzhao@基金资助：国家自然科学基金(21606021)；北京师范大学青年教师基金(2014NT07)；北京师范大学化学国家级实验教学示范中心教改项目；北京师范大学教改项目(15-06-20)；北京市教育委员会共建项目；北京师范大学本科教学实验室建设项目•化学实验• doi: 10.3866/PKU.DXHX201806030 基础实验：金纳米粒子的制备及其光学性质南彩云，张宇，李玉峰，赵云岺*北京师范大学化学学院，北京师范大学化学国家级实验教学示范中心，北京 100875摘要：围绕金纳米粒子前沿内容，设计了一个简易的本科生基础实验，利用柠檬酸钠还原氯金酸法制备分散性好的金纳米粒子溶液，讨论了其尺寸与颜色的关系，探究了不同电解质和非电解质对金纳米粒子团聚及其颜色的影响，初步了解金纳米粒子的光学特性和探针效应基本原理。
关键词：金纳米粒子；光学性质；尺寸；基础实验中图分类号：G64；O6Preparation of Gold Nanoparticles and Their Optical PropertiesNAN Caiyun, ZHANG Yu, LI Yufeng, ZHAO Yunling *Experimental Chemistry Center of Beijing Normal University, College of Chemistry, Beijing Normal University,Beijing 100875, P. R. China.Abstract: This paper designed a facile comprehensive experiment based on the frontier research topic of gold nanoparticles. The well-dispersed gold suspensions were synthesized by the reduction of chloroauric acid with sodium citrate and their size-dependent optical properties were discussed. Moreover, the gold nanoparticles were explored as primary electrolyte sensors because the addition of electrolytes induced aggregation of the nanoparticles and caused color changes.Key Words: Gold nanoparticle; Optical property; Size; Fundamental experiment金单质通常称为“黄金”，常用作货币或用来装饰，然而金还会通过一种人们并不熟悉的形式“金纳米粒子”发挥更大的作用。
金纳米粒子
金纳米粒子简介金纳米粒子是指直径在1到100纳米之间的金颗粒。
由于其独特的光学、电学和化学特性，金纳米粒子在多个领域具有广泛的应用。
本文将介绍金纳米粒子的制备方法、性质和应用。
制备方法金纳米粒子的制备方法多种多样，包括化学合成法、溶剂还原法、激光蚀刻法等。
其中，化学合成法是最常用的方法之一。
1.化学合成法：化学合成法是通过还原金盐溶液中金离子形成金颗粒，再经过后续处理得到金纳米粒子。
常用的化学合成方法有湿化学合成法、多相合成法和微乳液法。
其中，湿化学合成法是最常见的方法之一。
该方法通过控制反应条件和添加还原剂、表面活性剂等物质来控制金纳米粒子的形貌和大小。
2.溶剂还原法：溶剂还原法是将金盐溶液和还原剂加入有机溶剂中进行反应，生成金纳米粒子。
该方法通常需要高温和压力条件下进行。
3.激光蚀刻法：激光蚀刻法是利用激光在金膜表面进行局部蚀刻，形成金纳米粒子。
该方法具有高精度和高控制性。
性质金纳米粒子的性质主要包括形状、大小和表面等。
这些性质对金纳米粒子的光学、电学和化学特性有重要影响。
1.形状：金纳米粒子的形状多样，包括球形、棒状、多面体等。
不同形状的金纳米粒子有不同的表面能和电荷分布，从而影响其物理化学性质。
2.大小：金纳米粒子的大小直接影响其表面积和光学性质。
通常情况下，金纳米粒子的光学性质会随着尺寸的减小而发生变化。
3.表面：金纳米粒子的表面往往具有较大的比表面积，在催化、传感等领域具有重要作用。
此外，金纳米粒子的表面还可以进行功能化修饰，以增加其稳定性和特定的化学反应。
应用金纳米粒子因其独特的性质在多个领域具有广泛的应用。
1.生物传感：金纳米粒子可以通过表面修饰与生物分子特异性结合，用于生物传感和检测领域。
例如，利用金纳米粒子可以制备出高灵敏度的生物传感器，用于检测蛋白质、DNA等生物分子。
2.催化剂：金纳米粒子在催化领域具有重要应用。
由于其高比表面积和活性位点，金纳米粒子可以作为有效的催化剂，用于半导体制备、化学反应等。
金纳米颗粒的制备和应用
金纳米颗粒的制备和应用简介纳米材料中的胶体金纳米颗粒已经被艺术家使用了几个世纪，因为它们与可见光相互作用后会产生鲜艳的颜色。
最近，这一独特的光电性质被研究应用于高科技领域比如有机太阳能电池，传感探针，治疗剂，生物和医药应用中的给药系统，电子导体和催化。
金纳米颗粒的光学和电子性质可以通过改变其大小，形状，表面化学和聚集状态来调节。
金纳米颗粒的光学和电子性质金纳米颗粒和光线的相互作用主要被环境，颗粒大小和物理尺寸支配。
在胶体金纳米颗粒附近传播的光线的震荡电场和自由电子相互作用，导致电子电荷的一致性震荡，并且与可见光频率共振。
这一谐振震荡被称为表面等离子体。
对于小的单分散金纳米颗粒（~30nm），表面等离子共振现象引起蓝绿光谱段的吸收（~450 nm）和红光反射（~700 nm），由此呈现出鲜艳的红色。
当颗粒大小增加，等离子表面共振相关的吸收波段移向更长的，更靠近红色的波长。
于是红光被吸收，蓝光被反射，溶液呈现出淡蓝色或者是紫色（图1）。
当颗粒大小继续增加到极限，表面等离子共振吸收波段就进入了光谱的红外部分，大部分可见光被反射，使纳米颗粒呈现澄清或者半透明的颜色。
通过改变纳米颗粒的形状和大小可以调节它的表面等离子共振，使颗粒呈现出适应不同应用的光学性质。
图 1.不同大小单分散体金纳米颗粒颜色当过量的盐加入金溶液时也会看到这样的现象。
金纳米颗粒的表面电荷成电中性，使得颗粒聚集。
结果，溶液颜色从红色变为蓝色。
为了减少聚集，多功能的表面化学技术为金纳米颗粒表面涂上聚合物，小分子和生物识别分子。
这些表面修饰使得金纳米颗粒能被广泛应用于化学，生物，工程学和医药等领域。
默克金纳米颗粒典型性质请见表1。
5 nm 5.47 x1013515-520nm1.10 x107741949（表面活性剂稳定）752568 (PBS)10 nm 5.98 x1012515-520nm1.01 x108741957（表面活性剂稳定）752584 (PBS)15 nm 1.64x1012520 3.67x108777137（表面活性剂稳定）777099 (PBS)20 nm 6.54 x1011524 nm 9.21 x108741965（表面活性剂稳定）753610 (PBS)30 nm 1.79 x1011526 nm 3.36 x109741973（表面活性剂稳定）753629 (PBS)40 nm 7.15 x1010530 nm 8.42 x109741981（表面活性剂稳定）753637 (PBS)50 nm 3.51 x1010535 nm 1.72 x1010742007（表面活性剂稳定）753645 (PBS)60 nm 1.96 x1010540 nm 3.07 x1010742015（表面活性剂稳定）753653 (PBS)80 nm 7.82 x 109553 nm 7.70 x1010742023（表面活性剂稳定）753661 (PBS)100 nm 3.84 x 109572 nm 1.57 x1011742031（表面活性剂稳定）753688 (PBS)150 nm 3.60 x 109未测-742058（表面活性剂稳定）200 nm 1.9 x 109未测-742066（表面活性剂稳定）250 nm 7.1 x 108未测-742074（表面活性剂稳定）300 nm 4.5 x 108未测-742082（表面活性剂稳定）400 nm 1.9 x 108未测-742090（表面活性剂稳定）表1金纳米颗粒产品性质应用纳米金颗粒的应用领域正在快速扩大，包含了：1. 电子学—从打印油墨到电子芯片，金纳米颗粒都可以用来作为它们的导体。
纳米金颗粒纳米
纳米金颗粒纳米纳米金颗粒纳米，是指金属金在纳米尺度下的颗粒形态。
纳米金颗粒具有较大的比表面积和较高的表面能，因此在许多领域具有广泛的应用前景。
本文将从纳米金颗粒的制备、性质以及应用等方面进行介绍，以帮助读者对纳米金颗粒纳米有更全面的了解和指导意义。
首先，我们来了解纳米金颗粒的制备方法。
目前常见的制备方法包括溶剂热法、溶液法、溶胶-凝胶法、电化学法等。
其中，溶剂热法是较为常用的制备方法之一。
它通过在合适的溶剂中将金源和还原剂反应，使金离子还原成金颗粒。
这种方法制备的纳米金颗粒具有较高的结晶度和较好的均匀性。
接下来，我们关注纳米金颗粒的性质。
首先是其独特的光学性质。
纳米金颗粒在可见光范围内显示出特殊的表面等离子共振效应，即能吸收和散射特定波长的光线。
这种现象使纳米金颗粒在生物成像、光热疗法等领域具有重要的应用价值。
其次是纳米金颗粒的电化学性质。
纳米金颗粒可作为电极材料，在电催化、传感器等方面具有广泛的应用前景。
此外，纳米金颗粒还具有较好的生物相容性，能够与生物体有效地相互作用。
最后，我们来探讨纳米金颗粒的应用。
纳米金颗粒在生物医学领域有着广泛的应用前景。
例如，纳米金颗粒可以作为药物给药系统的载体，用于修复组织和治疗癌症等疾病。
此外，纳米金颗粒还可以用于生物分析、生物成像等领域，如生物传感器、生物标记物探测等。
在能源领域，纳米金颗粒也可以用于催化反应、太阳能电池等方面。
此外，纳米金颗粒还可以用于纳米电路、纳米材料等领域。
总之，纳米金颗粒的应用前景非常广泛，具有重要的指导意义。
综上所述，纳米金颗粒纳米是一种具有广泛应用前景的材料。
通过适当的制备方法，可以制备出具有较好性质的纳米金颗粒。
纳米金颗粒具有独特的光学性质和电化学性质，在生物医学、能源等领域具有重要的应用价值。
在未来的发展中，我们应进一步研究和探索纳米金颗粒的制备方法、性质和应用，以推动其进一步发展和应用。
金纳米颗粒的制备及其应用研究
金纳米颗粒的制备及其应用研究金纳米颗粒是指直径在1到100纳米之间的，由金原子构成的微小颗粒。
近年来，金纳米颗粒因其独特的光学、电子性质和生物相容性而被广泛应用于生物医学、光电子学、催化、传感器等领域。
本文将介绍金纳米颗粒的制备方法及其在不同领域的应用研究。
一、金纳米颗粒制备方法目前常用的金纳米颗粒制备方法主要有以下几种：1. 化学还原法化学还原法是最常用的制备金纳米颗粒的方法之一。
该方法独特的优点在于：制备简单、容易控制成品的粒径大小和形态，并且可以大规模生产。
在此方法中，金离子被还原成金原子，并沉淀下来形成纳米颗粒。
2. 光化学还原法光化学还原法是在化学还原法基础上发展起来的一种新型制备方法。
该方法利用紫外线或可见光照射还原剂和金盐溶液，产生高能电子从而使金盐还原为金纳米颗粒。
3. 电化学还原法电化学还原法是一种简单易行的制备方法，它是利用电化学原理将金盐还原为金纳米颗粒。
该方法不仅制备简单，而且容易控制粒径，可以用来制备各种形状的纳米颗粒。
二、金纳米颗粒的应用研究1. 生物医学金纳米颗粒在生物医学中的应用研究已经受到广泛关注。
由于金颗粒具有优异的生物相容性和低毒性，因此具备良好的生物安全性。
具有机械稳定性、光学特性和化学反应活性等优点使其被广泛应用于生物医学。
2. 光电子学作为一种新型光学材料，金纳米颗粒在光电子学领域的应用也越来越广泛。
金纳米颗粒通过显著的电磁增强效应（局部表面等离激元共振）以及表面等离子共振等现象，使其成为一种独特的光谱信号增强剂，广泛应用于表面增强拉曼光谱（SERS）、局部表面等离激元共振（LSPR）和单分子荧光（SIF）等领域。
3. 催化金纳米颗粒的催化性质被广泛应用于有机反应和氧化还原反应等领域。
金纳米颗粒表面具有出色的催化活性，并且具有高度的选择性。
因此，金纳米颗粒被广泛应用于制药和化学生产等领域。
4. 传感器金纳米颗粒在传感器领域的应用也受到了广泛关注。
通过对金纳米颗粒表面修饰，不仅可以提高化学或生物传感器的灵敏性和选择性，而且还可以实现新型功能的创造，如光学、电学、磁学等。
蛋白质a金纳米粒子
蛋白质a金纳米粒子蛋白质是生物体内一类重要的生物大分子，它在生命活动中发挥着至关重要的作用。
金纳米粒子是一种由金原子组成的纳米级颗粒，具有独特的物理和化学特性。
本文将介绍蛋白质a金纳米粒子的制备方法、特性及其在生物和医学领域的应用。
一、制备方法蛋白质a金纳米粒子的制备方法有多种，其中一种常用的方法是通过化学还原法。
首先，将金盐加入到含有蛋白质a的溶液中，然后加入还原剂，使金离子逐渐还原成金原子，并与蛋白质a结合形成金纳米粒子。
制备过程中需要控制反应条件，如控制金盐和蛋白质a的比例、反应温度和pH值等，以获得所需的粒径和形态。
二、特性蛋白质a金纳米粒子具有多种特性，其中最突出的是其吸收和散射光谱特性。
由于金纳米粒子的尺寸和形状对光学性质有重要影响，所以蛋白质a金纳米粒子的吸收和散射光谱能够提供其粒子大小和形态信息。
此外，蛋白质a金纳米粒子还具有良好的生物相容性和稳定性，可以在生物环境中长时间存在而不会发生明显的聚集或分解。
三、应用蛋白质a金纳米粒子在生物和医学领域有广泛的应用。
首先，它可以作为生物标记物，用于细胞成像和分析。
由于蛋白质a金纳米粒子的表面易于修饰，可以通过连接特定的抗体或荧光染料，实现对特定生物分子或细胞的高效识别和定位。
其次，蛋白质a金纳米粒子还可以用作药物载体，将药物通过修饰在其表面，实现针对性的药物输送。
此外，蛋白质a金纳米粒子还可以用于生物传感器、光热治疗等领域。
四、展望蛋白质a金纳米粒子的应用前景广阔，但目前仍存在一些挑战和问题。
首先，如何精确控制粒子的大小和形态仍然是一个难题，因为这直接影响其性能和应用效果。
其次，蛋白质a金纳米粒子在体内的代谢和排泄机制尚未完全理解，这对于其在临床应用中的安全性和有效性至关重要。
此外，蛋白质a金纳米粒子的大规模制备和商业化生产也面临一些技术和经济上的挑战。
蛋白质a金纳米粒子是一种具有潜在应用价值的纳米材料。
通过合理的制备方法可以得到具有良好生物相容性和稳定性的金纳米粒子，其吸收和散射光谱特性可以用于生物成像和分析。
Au纳米颗粒光学特性及粒径浓度消光法测量
Au纳米颗粒光学特性及粒径浓度消光法测量Au纳米颗粒光学特性及粒径浓度消光法测量随着纳米科技的发展，金纳米颗粒(Au nanoparticles)因其独特的光学特性在材料科学和生物医学领域引起了广泛的关注。
金纳米颗粒具有尺寸可调控性和界面效应特点，使其在光学传感、光催化和光电器件等方面具有巨大应用潜力。
本文将从Au纳米颗粒的光学特性以及测量其粒径和浓度的消光法入手，探讨其在纳米科学与技术领域的应用前景。
首先，我们来介绍Au纳米颗粒的光学特性。
金具有特殊的等离激元共振现象，当光照射到Au纳米颗粒上时，其表面自由电子与光子相互作用，引发表面等离激元共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)。
这种共振现象使得金纳米颗粒表现出强烈的吸收和散射光现象，在可见光域具有强烈的黄色至红色光谱特性。
此外，Au纳米颗粒的载流子和光功率因子也会因尺寸和形状的改变而发生变化，进一步影响它们的光学行为。
纳米颗粒的粒径和浓度是其光学性质的重要参数，因此准确地测量Au纳米颗粒的粒径和浓度具有重要意义。
其中，消光法是一种常用的测量方法。
消光法基于Au纳米颗粒与光的相互作用，通过测量光的吸收或散射现象来确定颗粒的浓度和粒径。
测量Au纳米颗粒浓度的消光法可以通过比色法、散射光谱法和等离激元共振传感器等方法来实现。
比色法利用颗粒的吸收现象，通过测量溶液的吸光度来推算出颗粒的浓度。
散射光谱法则是通过测量散射光的强度和角度分布来推断颗粒的浓度。
等离激元共振传感器则利用共振波长的变化来测量粒子浓度的变化。
而测量Au纳米颗粒的粒径可采用动态光散射法(Dynamic Light Scattering, DLS)和透射电子显微镜(Transmission Electron Microscopy, TEM)等方法。
DLS是一种常用的测量纳米颗粒粒径的非侵入性技术，通过测量颗粒悬浮液中光的散射强度来推测颗粒的尺寸分布。
而TEM则可以直接观察颗粒的形貌、尺寸和结构，并通过图像处理软件测量颗粒的尺寸。
黄金纳米颗粒的制备和应用
黄金纳米颗粒的制备和应用黄金纳米颗粒是目前研究的热点之一，因为它能够应用在多个领域，例如化学、生物学、药品等领域。
这些应用需要经过一定的制备工艺，才能得到高质量、高稳定性的黄金纳米颗粒。
第一部分：概述黄金纳米颗粒是直径在1到100纳米之间的金属颗粒。
与大尺寸的黄金粒子相比，黄金纳米颗粒具有更高的比表面积，更好的生物相容性和更强的化学稳定性。
因此，它们被广泛用于生物成像、药物传递、传感器和化学催化等应用领域。
第二部分：黄金纳米颗粒的制备方法制备黄金纳米颗粒有多种方法，下面简单介绍几种典型的制备方法：1. 化学还原法：这种方法利用还原剂（如氢气或硼氢化钠）将黄金离子还原为金属，生成黄金纳米颗粒。
这种方法适合制备中等尺寸的颗粒，并且制备的颗粒质量较高，但是需要使用有毒的还原剂。
2. 光化学法：这种方法利用光化学反应或激光辐射将黄金离子还原为金属。
由于该方法可以在水溶液中进行，因此对环境友好，但是需要较长的反应时间。
3. 纳米压制法：这种方法将压缩空气或氮气压缩到超过1000 atm的高压下，使气体渗入液态样品中，形成泡沫。
泡沫中的液滴内部有高温和高压，并在这些条件下生成纳米颗粒并聚集成群。
虽然这种方法可以制备大量纳米颗粒，但部分颗粒会结团，形成较大颗粒。
第三部分：黄金纳米颗粒在生物医药中的应用1. 生物成像：黄金纳米颗粒有很强的吸收和散射光线的特性，这使得它们成为可调光学信号的良好体系。
这种特性使得黄金纳米颗粒成为一种重要的生物成像剂，这样在药物传输、疾病诊断和治疗方面都具有广泛的应用。
2. 药物运输：黄金纳米颗粒被广泛用于药物传递领域。
这种颗粒能够自组装成多孔的球状结构，能够容纳化学药物和生物大分子，这样可以保护这些物质，降低毒性，并有利于药物的释放。
3. 医学检测和治疗：黄金纳米颗粒还可以用于医学检测和治疗，例如利用金纳米颗粒生物功能化合物对诊断样本作出快速、灵敏、直观的检测。
并且，黄金纳米颗粒还可以用于癌症和艾滋病等疾病的治疗。
金纳米颗粒及其结构与性质研究
金纳米颗粒及其结构与性质研究金纳米颗粒是指直径小于100纳米的金颗粒。
它们由于具有独特的光学、电学、化学和生物学等性质，因此被广泛用于生物医学、光电子、催化等领域的研究。
然而，金纳米颗粒的制备过程存在一定难度，其结构与性质的研究也属于前沿问题。
一、金纳米颗粒的制备目前制备金纳米颗粒的方法较为多样，常见的有溶液法、沉淀法、热还原法、光化学还原法等。
溶液法是制备金纳米颗粒最为常用的方法之一，通过在水或其他溶液中添加金盐和还原剂，使金盐逐渐被还原成金离子，进而形成金纳米颗粒。
沉淀法是一种通过有机溶剂或离子交换剂制备金纳米颗粒的方法。
该方法通过将金盐沉淀到有机或水溶液中，从而制备出具有不同形状的金纳米颗粒。
热还原法是通过将金盐的水溶液加热，使金盐逐渐被还原成金纳米颗粒。
该方法制备的金纳米颗粒尺寸均匀，但也存在颗粒聚集、表面修饰难度大等问题。
光化学还原法是通过利用光化学反应制备金纳米颗粒的方法。
该方法具有操作简单、制备速度快、粒径均匀等优点，但其需要特定波长的光源，且易受其他化学物质影响。
二、金纳米颗粒的结构金纳米颗粒的结构主要以其形态、大小、表面修饰等为主要研究内容。
目前对于金纳米颗粒形态的研究较多，包括球形、棒状、多面体、星形、纳米花等形态。
不同形态的金纳米颗粒具有不同的物理、化学性质，例如，球形颗粒的表面积较小，具有较高的稳定性，其表面修饰较容易，但其表面等离子体共振吸收峰较窄，不易被测定。
而棒状颗粒则具有更高的表面积和更丰富的等离子体共振吸收峰，因此更容易被检测和应用。
另外，金纳米颗粒的大小也对其结构和性质产生影响。
一般来说，金纳米颗粒越小，表面积越大，其等离子体共振吸收峰也会随之向蓝色移动，其稳定性和催化活性也会有所提高。
表面修饰也是影响金纳米颗粒结构和性质的重要因素。
通过表面修饰，可以改变金纳米颗粒的表面电性质，使其被生物分子或其他化合物选择性地吸附或结合，或者能够用于制备多功能金纳米材料。
三、金纳米颗粒的性质金纳米颗粒的性质主要包括光学、电学、化学和生物学等方面。
金银纳米颗粒的制备与光学性质研究
2011届毕业设计（论文）题目：金银纳米颗粒的制备与光学性质研究专业：光电子材料与器件班级：光电1101姓名：王麒指导老师：朱杰君起讫日期：2015年 6 月金银纳米结构的制备与光学性质研究摘要现代技术的发展在很大程度上依赖于现有材料的改进及新材料的产生。
在纳米材料的研究热潮中，贵金属（尤其是Au和Ag）纳米材料因其独特的光、电、催化等特性受到众多研究领域的广泛关注。
研究表明，金属纳米材料的性能与纳米粒子的尺寸和形貌密切相关。
本文主要研究了银纳米线和金纳米片的制备和其光学特性，通过简单的多羟基法成功制备了银纳米线和金纳米片。
在反应温度为170℃的条件下，改变PVP与AgNO3的摩尔比R和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的聚合度k，制备出了银纳米线和银纳米颗粒的混合物，研究了其光学性质以及生长机制。
在反应初期阶段，Ag离子与PVP链的极性基团的化学吸附可以促进银纳米线的生长。
利用多羟基方法制备尺寸可控的金纳米片（厚度为数十纳米，尺寸在微米量级），在温度为180℃的情况下，改变PVP-K30与金离子摩尔比R(R=1，10，20，40)，探讨了金纳米片的最佳生长条件。
关键词：金银纳米结构多羟基过程液相合成生长机制表面等离激元共振Study on the Synthesis and Optical Properties of Gold andSilver NanostructuresAbstractThe evolution of all modern technologies strongly depends on the improvement of existing materials and the development of new materials. In the hot research topic of nanomaterials, noble metal(especially for gold and silver) nanostructures have attracted particular attention because of their unique optical, electrical, catalytic properties. Recent investigations demonstrate that theirproperties are strongly depended on the size and shape of metal nanoparticles.This paper mainly studies the synthesis and optical properties of silver nanowires and gold nanoplates, which were prepared by a simple poly(vinylpyrrolidone)-directed polyol synthesis process. Under a synthesis condition of T=170℃, a mixture of Ag nanowires and nanoparticles was obtained by changing the molar ratios of PVP /AgNO3, and the chain length of PVP. The growthmechanism and optical properties of the nanowires were studied. It is proposed that the chemical adsorption of Ag+ on the PVP chains at the initial stagepromotes the growth of Ag nanowires. Gold nanoplates(tens of nanometers in thickness and micrometers in size) have been synthesized through a polyolprocess. Under the condition of T=180℃, the suitable growth conditions for gold nanoplates was studied by changing the molar ratios of PVP/HAuCl4(R=1,10,20,40).Key words: silver and gold nanostructures; polyol process; growth mechanism;surface plasma resonance(SPR)目录摘要‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ⅠABSTRACT‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥Ⅱ第一章绪论‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1 第二章银纳米材料的制备和简单的光学特性表征‥‥‥‥‥‥‥‥‥6 2.1引言‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥62.2 多羟基法制备银纳米线与颗粒‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥62.2.1 样品的制备‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥62.2.2 AG纳米线和颗粒的混合物样品的表征及结果分析‥‥‥‥‥‥‥72.2.3 AgNO3与PVP加入顺序的影响‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥102.3 银纳米线与颗粒生长机制的讨论‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥132.4 小结‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥15 第三章金纳米薄片的合成与生长研究‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥163.1 引言‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥163.2多羟基法制备金纳米片‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥163.2.1 样品的制备‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥163.2.2 样品的表征与结果分析‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥173.3 小结‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥20结语‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥21 参考文献‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥22 致谢‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥25第一章绪论1.1引言纳米晶体是当代科学技术的基础。
金纳米颗粒的制备及其性能研究
金纳米颗粒的制备及其性能研究罗飞;刘大博;田野;祁洪飞;王素杰【摘要】以氢氧化铵溶液和2,6-吡啶二羧酸为还原剂，通过两步还原法还原氯金酸溶液制备出金纳米颗粒，用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和紫外可见光谱仪(UV-VIS)对纳米颗粒进行了表征。
结果表明，制备的金纳米颗粒具有尺寸小、分散性好的特点，并且具有明显的表面等离基元共振效应，使其在纳米尺度的光学领域具有潜在的应用价值。
%Au nanoparticles were synthesized in aqueous solution by two-step reduction of chlorauric acid (HAuCl4) using ammonium hydroxide and 2,6-Pyridinedicarboxylic acid as reducing agent. XRD, TEM and UV-VIS were employed to analyse the structure, morphology and size of the Au nanoparticles. Au particles in small size and monodisperse were observed in the experiment and the optical-extinction spectra showed the characteristic of single plasmon resonance absorption band. The results showed that the Au nanoparticles possessed plasmon resonance effect of their optical property which makes them have potential applications in the field of nano-optics.【期刊名称】《贵金属》【年(卷),期】2016(037)0z1【总页数】3页(P119-121)【关键词】金纳米颗粒;两步还原法;表面等离基元共振效应【作者】罗飞;刘大博;田野;祁洪飞;王素杰【作者单位】北京航空材料研究院，北京 100095;北京航空材料研究院，北京100095;北京航空材料研究院，北京 100095;北京航空材料研究院，北京 100095;北京航空材料研究院，北京 100095【正文语种】中文【中图分类】TB38320～150nm范围内合成出近似球形的、单分散的金纳米粒子，但在制备更小尺寸的纳米粒子时存在不足。
金纳米颗粒制备及其光学特性研究
Ｗ Ｎ ｕ ｕ ｎ ＸＵ ｈ ｎ ａ ｇ Ｙ Ａ Ｙ ｎｉ Ａ Ｇ Ｈ ｉ ａ ， Ｅ Ｃ ｅ ｙ ｎ ， Ｕ Ｎ ａ ｌ ｇ ｊ ｎ
（ ｅ ａｏａｏｙｏ ｓ ｕ ｅｔｔｎＳｉ ｅ＆ Ｄ ｎｍｉＭｅｓｒ ｅｔＮ ｒ ｎｖｒｔ ｆＣ ｉａ ， ｎ ｔ ｄｃｔ ｎ Ｋ ｙＬ ｂｒｔ Ｉ ｔ ｍ ｎａｉ ｃ ｕ ｒ ｆ ｎｒ ｏ ｅ ｃ ｙａ ｃ ａｕｅ ｎ（ ｏｔ Ｕ ｉ ｓ）ｏ ｈｎ ） Ｍｉｉｒ ｏ Ｅ ｕａｉ ｍ ｈ ｅｉ ｓ ｆ ｙ ｏ
散 射 效 应 测 试 （ Ｅ Ｓ ， 果 表 明在 这 三 种 不 同 形貌 颗粒 中星 状 金 纳 米 颗 粒 的 Ｓ Ｒ Ｓ Ｒ ）结 Ｅ Ｓ效 应 最 强 。
关 键词 ： 晶种生长法 ； 星形金纳米颗粒 ； 紫外一可见光谱 ； 表面增强拉曼散射（Ｅ Ｓ ＳＲ ）
ｄ ｆｅ ｅ ｔｓ ｐ ｓｗｅ ｅ ｐ ｅ ａ ｅ ｓｎ ｈ ｓ ｍｅｈ ｄ ａ ｄ ｃ ａ ａ ｔｒｚ ｄ ｂ ｉｆｒ ｎ ｈａ ｅ ｒ ｒ ｐ ｒ ｄ ｕ ｉ ｇ ｔ ｉ ｔ ｏ ｎ ｈ ｒ ｃｅ ｉｅ ｙ ＵＶ— ｉ ｐ ｃｒ ｌａ ｄ ｓ ｆｃ ｎｈ ｎ ｅ Ｒｏ ｎ ｖ ｓｓ ｅ ｔａ ｎ ｕｒａ ｅ ｅ ａ ｃ ｍａ
Ｓ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ｎ Ｅｅｔ ｎｃＴ ｓ ＆ Ｍｅ ｓ ｒ ｅ ｔ ａ ｏａｏ ． ａｙ ａ ３ ０ ， ｈｎ ） ｃ ｎ ｅａ ｄ Ｔｃ ｎ ｌ ｙ ｏ ｌ ｒ ｉ ｅ ｅ ｏ ｃｏ ｔ ａ ｕｅ ｎ ｂ ｒｔ ３ Ｔ ｉ ｎ０ ０ ５ Ｃ ｉａ ｍ Ｌ ｒ ｕ ｌ
王 慧娟 ， 薛晨 阳 ， 袁艳 玲
（ 中北 大 学 电 子 测试 技 术重 点 实 验 室 ， 器 科 学 与 动 态 测 试 教 育 部 重 点实 验 室 ， 原 ０ ０５ ） 仪 太 ３０ １
金纳米粒子的合成与表征
金纳米粒子的合成与表征金纳米粒子是当前材料科学领域研究的热点之一，其在生物医药、催化、传感等领域均有广泛的应用。
本文将着重探讨金纳米粒子的合成与表征方法。
一、合成方法金纳米粒子的合成方法多种多样，常见的有化学还原法、溶剂热法、微乳法、溶胶凝胶法等。
其中，化学还原法是最常用的方法之一。
在该方法中，通常使用还原剂如氢气、NaBH4等将金离子还原成金原子，形成金纳米粒子。
此外，溶剂热法则是将溶剂中的金离子在高温条件下还原成金纳米粒子。
微乳法则是在水油两相微乳中还原金离子，形成均匀分散的金纳米粒子。
二、表征方法合成得到金纳米粒子后，需要对其进行表征以确定其形貌、尺寸、结构、表面性质等。
常用的表征方法包括透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、红外光谱（IR）等。
透射电子显微镜是观察金纳米粒子形貌和尺寸的重要工具，通过高分辨率的TEM图像可以直观地看到金纳米粒子的形貌和尺寸。
扫描电子显微镜则可以用于观察金纳米粒子的表面形貌。
X射线衍射可以确定金纳米粒子的晶体结构，而红外光谱则可用于表征金纳米粒子表面的化学成分。
三、金纳米粒子的应用金纳米粒子具有优异的光学、电化学性能，在生物医药、催化、传感等领域有广泛的应用。
在生物医药领域，金纳米粒子被广泛应用于肿瘤治疗、药物输送、生物探针等方面。
在催化领域，金纳米粒子可作为高效的催化剂，用于燃料电池、有机合成等反应中。
在传感领域，金纳米粒子可应用于光学传感、电化学传感等领域，具有灵敏度高、响应速度快等优点。
综上所述，金纳米粒子的合成与表征是研究金纳米材料的重要环节，通过合适的合成方法和表征手段，可以获得具有优异性能的金纳米粒子，为其在各领域的应用提供了有力支持。
Gold nanoparticles have been studied extensively in the field of materials science. The synthesis and characterization of gold nanoparticles are important aspects of research in this area.One of the common methods for synthesizing gold nanoparticles is chemical reduction. In this method, a reducing agent such as hydrogen or NaBH4 is used to reduce gold ions to gold atoms, forming gold nanoparticles. Another method, solvent thermal synthesis, involves reducing gold ions in a solvent at high temperatures to produce gold nanoparticles. Microemulsion synthesis, on the other hand, involves reducing gold ions in a water-oil microemulsion to obtain uniformly dispersed gold nanoparticles.After synthesizing gold nanoparticles, it is necessary to characterize them to determine their morphology, size, structure, and surface properties. Common characterization techniques include transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and infrared spectroscopy (IR). TEM is an important tool for observing the morphology and size of gold nanoparticles, while SEM can be used to study the surface morphology of gold nanoparticles. XRD can identify the crystal structure of gold nanoparticles, and IR spectroscopy can characterize the chemical composition of the nanoparticles.Gold nanoparticles possess excellent optical and electrochemical properties and have a wide range of applications in biomedicine, catalysis, sensing, and other fields. In biomedicine, gold nanoparticles are used in tumor therapy, drug delivery, and bioimaging. In catalysis, gold nanoparticles serve as efficient catalysts for fuel cells, organic synthesis, and other reactions. In sensing applications, gold nanoparticles are used in optical and electrochemical sensors due to their high sensitivity and fast response time.In conclusion, the synthesis and characterization of gold nanoparticles are important aspects of research in the field of nanomaterials. By employing appropriate synthesis methods and characterization techniques, researchers can obtain gold nanoparticles with excellent properties for various applications in different fields.。
金纳米粒子有序膜
金纳米粒子有序膜
金纳米粒子有序膜是一种利用金纳米粒子自组装形成的单层膜，其制备过程简单、有序性高、缺陷少。
这种有序膜在许多领域有着广泛的应用，例如表面增强拉曼散射、温度传感器等。
具体来说，具有单晶排列的金纳米颗粒可以提供均匀的、呈周期性分布的“热点”，从而成为理想的表面增强拉曼散射基底。
通过控制纳米颗粒的排列，可以制备出检测性试纸条，用于果蔬表面痕量农药残留的快速检测，以及爆炸物检测等。
此外，具有单晶排列结构的金纳米颗粒单层膜的厚度相当于一个纳米颗粒直径的大小。
这种超薄型温度传感器基于表面增强拉曼散射信号强度变化或电导率变化进行温度测量。
通过纳米颗粒的自组装，可以构建宏观尺度的单层膜。
在整个单层膜中，纳米颗粒存在有序度的问题，类似于块体晶体中的单晶结构。
金纳米粒子有序膜的制备主要是通过将预处理过的基片浸泡在含有表面活性物质的溶液中，经过一定反应时间后，表面活性物质可以在基片上进行自我组装，形成致密有序的有机分子薄膜。
这个过程主要包括活性端基与基底间的化学键合作用、活性分子链间的范德华力相互作用、活性分子长链内特殊官能团之间的相互作用等相互作用力。
这些相互作用力推动了自组装过程，也促进了活性分子在基底表面由无序到有序的重组过程。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询材料学专家。
金、银纳米粒子的合成以及表面光谱特征和应用
金、银纳米粒子的合成以及表面光谱特征和应用一、本文概述随着纳米科技的飞速发展，金、银纳米粒子因其独特的物理和化学性质，在众多领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在对金、银纳米粒子的合成方法、表面光谱特征以及应用领域进行系统的综述。
我们将介绍金、银纳米粒子的主要合成方法，包括物理法、化学法以及生物法等，并分析各种方法的优缺点。
随后，我们将深入探讨金、银纳米粒子的表面光谱特征，包括局域表面等离子体共振（LSPR）等光学性质，以及这些性质如何影响其在不同领域的应用。
我们将概述金、银纳米粒子在生物医学、光电器件、催化等领域的实际应用，以及未来可能的研究方向。
通过本文的综述，我们期望能够为读者提供一个全面而深入的理解，以推动金、银纳米粒子在科学研究和实际应用中的进一步发展。
二、金、银纳米粒子的合成方法金、银纳米粒子的合成是纳米科学研究的重要领域之一，其合成方法多样，包括物理法、化学法以及生物法等。
在这些方法中，化学法因其操作简便、产量高、粒径可控等优点而被广泛应用。
对于金纳米粒子的合成，最常用的方法是Frens法，也称为柠檬酸钠还原法。
该方法以氯金酸为原料，在加热条件下，用柠檬酸钠作为还原剂将金离子还原成金原子，从而形成金纳米粒子。
通过调整反应条件，如温度、pH值、还原剂浓度等，可以控制金纳米粒子的粒径和形貌。
银纳米粒子的合成则多采用化学还原法，如用硼氢化钠、氢气、抗坏血酸等还原剂还原银盐。
这些方法的主要原理是将银离子还原为银原子，然后通过控制反应条件，如温度、pH值、还原剂浓度和反应时间等，来实现对银纳米粒子形貌和尺寸的控制。
还有一些新兴的合成方法，如微波辅助法、声化学法、电化学法等，这些方法具有反应速度快、能耗低、操作简便等优点，为金、银纳米粒子的合成提供了新的选择。
金、银纳米粒子的合成方法众多，每种方法都有其独特的优点和适用条件。
在实际应用中，应根据具体需求和实验条件选择合适的合成方法，以获得具有理想形貌和尺寸的纳米粒子。
一种核—卫星结构金纳米颗粒及其制备方法
一种核—卫星结构金纳米颗粒及其制备方法核—卫星结构金纳米颗粒是一种特殊的纳米材料，由三层结构组成，内层为金纳米球核心，中间层为包裹金纳米球的磷脂双分子层，最外层为连接在磷脂双分子层上、环绕金纳米球核心的多个“卫星”金纳米粒子。
这种结构具有很好的表面增强拉曼散射（SERS）增强能力，在分析测定领域具有潜在应用价值。
核—卫星结构金纳米颗粒的制备方法如下：
1. 制备金纳米球核心：采用种子生长法合成直径在20\~200nm的金纳米球。
2. 用脂质体包裹金纳米球：以蛋黄磷脂、大豆磷脂、二棕榈酰磷脂酰胆碱（dppc）、二肉豆蔻酰基卵磷脂（dmpc）、二棕榈酰磷脂酰乙醇胺（dppe）的一种或几种混合的磷脂为原料，采用薄膜分散法获得
2\~10mg/ml的脂质体。
3. 在磷脂双分子层上原位生长“卫星”金纳米粒子：用抗坏血酸还原三价金络合离子或者一价金络合离子，在磷脂双分子层上原位生长“卫星”金纳米粒子。
该制备方法简单易行，产物的形貌与粒径可控，稳定性与分散性好。
以上内容仅供参考，建议咨询相关人士以获得专业的帮助。
金纳米晶体的制备与光学性质的调控的开题报告
金纳米晶体的制备与光学性质的调控的开题报告
题目：金纳米晶体的制备与光学性质的调控
摘要：
金纳米晶体是一种具有特殊光学性质的材料，由于它们的尺寸相对
较小，因此在某些方面有着独特的应用。
本文主要介绍了金纳米晶体的
制备方法和光学性质的调控方法，以期进一步探究这种材料的应用前景。
首先，本文介绍了金纳米晶体的制备方法，包括物理和化学方法。
物理方法通常使用热蒸发和溅射技术，而化学方法包括还原法、沉淀法、生长法等。
此外，本文还介绍了表面修饰技术，以进一步调控金纳米晶
体的性质。
其次，本文着重介绍了金纳米晶体的光学性质，包括吸收谱、荧光
谱和表面增强拉曼散射（SERS）谱。
特别是SERS技术，它是一种通过
金纳米晶体表面增强拉曼信号的技术，可以用于检测低浓度的分子。
此外，本文还介绍了金纳米晶体在太阳能电池、生物传感器和荧光探针等
方面的应用。
最后，本文总结了金纳米晶体的制备和应用研究现状，指出了未来
的研究方向。
毫无疑问，金纳米晶体的探究和应用将在许多领域中发挥
作用，尤其是在太阳能电池、生物医学和环境监测等方面。
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金纳米颗粒的有序制备及其光学特性3王 凯 杨 光 龙 华 李玉华 戴能利 陆培祥(华中科技大学武汉光电国家实验室激光科学与技术研究部,武汉 430074)(2007年10月26日收到;2007年11月14日收到修改稿) 采用纳米球蚀刻技术在石英衬底上制备了不同高度的金纳米颗粒阵列.通过扫描电子显微镜对其表面形貌进行了观测,表明金纳米颗粒为有序分布的三棱柱结构.通过红外—紫外吸收光谱仪在190—900nm 波长范围内对其光吸收特性进行了测量,并成功观测到了金纳米颗粒表面等离子体振荡效应引起的光吸收峰,结果表明随着金纳米颗粒高度的增加,其吸收峰的位置向短波方向移动(蓝移).同时对金纳米颗粒的光吸收特性进行了基于离散偶极子近似的理论计算,并与实验结果进行了比较.关键词:纳米球蚀刻技术,金纳米颗粒,离散偶极子近似PACC :7865E ,8116N3国家自然科学基金(批准号:10604018,10574050)和高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20060487006)资助的课题. 通讯联系人.E 2mail :gyang @ E 2mail :lupeixiang @11引言随着现代纳米技术的发展,贵金属纳米颗粒的制备和可控光学特性的研究,引起了人们广泛的兴趣.其在纳米光学[1]、非线性光学[2]、催化作用[3]、热动力学[4]和传感器[5]以及医学诊断[6]等研究领域都有着十分重要的应用前景.贵金属纳米颗粒最具代表性的特性是在可见光范围内伴随有强烈的吸收峰,这是其颗粒里大量的自由传导电子对外界光波入射的响应.当电子振动频率和入射光波频率相等时,即发生表面等离子体振荡(surface plasm on res onance ,SPR )效应,从而产生强烈的吸收峰.SPR 光谱峰位对颗粒的形状、大小、分布以及外部环境的变化非常敏感.以往制备贵金属纳米颗粒主要采用溅射或离子注入等方法,但通过上述方法制备的纳米颗粒,其形状不一,而且分布不均匀,不便于定量地研究其光学特性.在1995年,Van Duyne 研究组[7]在自然蚀刻法[8]的基础上提出了纳米球刻蚀技术(nanosphere lithography ,NS L ),即将尺寸均匀的聚苯乙烯纳米球的悬浊液滴在衬底上,形成单层或双层纳米球的自组装密排的掩膜板.在沉积金属颗粒的过程中,掩膜板只允许金属通过纳米球之间的间隙沉积到衬底上.再用超声波清洗去除聚苯乙烯纳米球,得到二维纳米颗粒阵列.最近几年,科学家们通过这种方法制备出了不同尺寸和形状的Ag ,Au ,Cu ,Pt 等金属纳米颗粒.其中Au 纳米颗粒由于其优良的化学稳定性、生物吸附性[9]和光学特性,成为金属纳米颗粒研究中的热点方向.另一方面,科学家们尝试从理论上合理解释贵金属纳米颗粒的可控光学特性.离散偶极子近似(discrete dipole approximation ,DDA )最初是由Purcell 和Pennypacker [10]在计算天体尘埃的散射时提出的.目前,DDA 法被广泛应用于小颗粒光学特性的理论研究中[11,12].随着算法的改进,基于DDA 算法的软件包DDSC AT [13]使得能在计算机上计算不同大小、形状、高度、种类和外部环境的颗粒的光学特质.目前已经有一些关于Au 和Ag 纳米颗粒的理论计算的报道[14—16],其结果基本与实验结果相符合.本实验中结合NS L 和脉冲激光沉积(pulsed laser deposition ,P LD )技术在石英衬底上制备了不同高度的Au 纳米颗粒阵列,对其表面形貌、尺寸进行了观测,对其在可见光范围内的光谱吸收特性进行了测量,并通过理论模拟对Au 纳米颗粒的光学特性进行了计算.第57卷第6期2008年6月100023290Π2008Π57(06)Π3862206物 理 学 报ACT A PHY SIC A SI NIC AV ol.57,N o.6,June ,2008ν2008Chin.Phys.S oc.21实 验 实验中采用的聚苯乙烯纳米球(duke scientificcorp.)直径为450±5nm.石英(10mm ×10mm ×011mm )作为衬底,实验前将衬底在80℃的piranha 溶液(3∶1H 2S O 4∶30%H 2O 2)中浸泡115h ,冷却后用蒸馏水反复洗净,然后在5∶1∶1的H 2O ∶NH 4OH ∶30%H 2O 2溶液中超声清洗1h.实验中采用匀胶机将聚苯乙烯纳米球的悬浊液甩到衬底上,匀胶前,聚苯乙烯的悬浊液首先按照1∶1的比例用表面活性剂Triton X 2100Πmethanol (1∶400体积比)稀释,以增加其浸润性.大约在2500r Πmin 的匀胶速度下可得到大面积密排的单层纳米球掩膜板.然后将带有掩膜板的石英衬底放入脉冲激光沉积系统的真空腔中[17].图1 NS L 制备的掩膜板的SE M 扫描图 (a )在25μm ×20μm 的范围里密排的纳米球掩膜板表面形貌,但也有些线缺陷和点缺陷形成;(b )小范围6μm ×5μm 的掩膜板形貌,可以很清楚地看见纳米球的间隙实验中采用准分子激光器(lambda physik ),其工作气体为K rF ,输出波长为248nm ,重复频率为5H z ,激光脉冲能量为400m J.沉积前真空室抽到约3×10-4Pa 的背底真空,然后充入8Pa 的氮气.为避免由激光烧蚀过快而造成激光束离焦,沉积过程中Au 靶材(99199%)以一定的速度旋转.同时旋转衬底以提高Au 薄膜生长的均匀性.实验中沉积时间分别为5,10和15min ,分别表示为样品A ,B 和C .沉积完毕后,在无水乙醇中超声清洗若干分钟去掉NS L 掩膜板,得到不同高度的Au 纳米颗粒.纳米球掩膜板和Au 纳米颗粒阵列的表面形貌通过扫描电子显微镜(FEI QUANT A 200)观测,并采用紫外—红外光谱仪(U 23310UV S olutions )测量样品的吸收光谱曲线,扫描的范围为190nm 到900nm.31结果和讨论 实验中,纳米球悬浊液的量与表面活性剂的浓度比,以及匀胶机参数的设置是影响掩膜形成的关键因素.在恰当的条件下,可以生成上百微米尺度的自聚密排掩膜.图1(a )是一个较大范围的纳米球掩膜板的SE M 扫描图.图中基本上是由密排的纳米球掩膜板构成,但是仍然有一些线缺陷和点缺陷,其中最主要的就是长达几个微米的线缺陷.在文献[18]中也报道有这种现象.这种长线缺陷可能是由于匀胶法自身的特点所致.但少量的缺陷并不会对生长的Au 颗粒的吸收光谱测量造成明显影响,因为缺陷大小形态各异,它们的任何吸收峰均不可能得到加强.图1(b )则是一个较小范围6μm ×5μm 的SE M 掩膜板图,纳米球之间的间隙清晰可见,沉积材料只能通过它们沉积到衬底上.图2(a )是通过P LD 沉积后制备的Au 纳米颗粒的大范围(30μm ×25μm )的SE M 观测结果.由图中可以清晰看到有整齐的大面积Au 颗粒阵列生成,尺度大约可以达到数百微米.图2(b )是(a )的微区放大图.从中可以清晰地看到生成的三角形的Au 纳米颗粒阵列.(c )是一个完整的阵列单元,可以明显看到纳米球蚀刻后的圆形黑影(图中白圈表示).这个圆形黑影的直径即为纳米球的直径D .单个颗粒的形状特性可由两个参数表示:横截面的中垂线段a 和颗粒的高度b .通过几何上的简单计算,得到a 和纳米球直径D 的关系a =323-1-13D =0.233D .(1)36836期王 凯等:金纳米颗粒的有序制备及其光学特性图2 (a )大范围的Au 纳米颗粒阵列的SE M 图(30μm ×25μm ),Au 颗粒为周期性阵列;(b )为Au 纳米颗粒的微区放大的形貌图(215μm ×2μm ),三角形的Au 颗粒清晰可见;(c )为阵列的基本单元 实验中所有聚苯乙烯纳米球直径D =450nm ,于是得到的三角形Au 颗粒横截面的中垂线长度a =104nm.图3为沉积时间不同的三种Au 颗粒阵列,即样品A,B 和C 的吸收光谱结果.从图3(a )中可以看到对于样品A ,B 和C ,其对应的SPR 吸收峰的峰位分别是λmax =725,685和650nm.随着沉积时间的增加,即随着颗粒的高度b 的增加,其吸收光谱 的峰位发生蓝移.此外,三条吸收曲线都在500nm 处有个波谷,这可能是由于金膜或是某些缺陷所造成的[19].而(b )则表明在这个波段范围内,SPR 吸收峰位随沉积时间的增加而线性地蓝移.由于可近似认为沉积时间和颗粒高度呈正比,因此也可以说SPR 吸收峰位随颗粒高度的增加而线性减小.对时间的敏感度ΔλΠΔT =715.据报道[20],在Ag 三棱柱形纳米颗粒的研究中也观测到过这种现象.图3 (a )沉积时间分别是5,10和15min 的样品A ,B ,C 的吸收光谱的比较图 (其SPR 吸收峰分别位于725nm ,685nm ,650nm ,随着沉积时间的增加,SPR 吸收峰的峰位发生蓝移);(b )SPR 吸收峰位随沉积时间的增加呈线性减小(其线性回归方程为Y =76116-715X )41DDA 模拟计算 在解释小颗粒光学特性的理论中,最基本的是Mie 理论,它给出了对于球形颗粒的麦克斯韦方程的准确解.但是,对于其他形状来说,无法给出其准确解,因此必须采用数值近似的方法.其中最简单的近似就是偶极子近似模型[21]:E =24π2N A a 3ε3/2mλln (10)εi (εr +2εm )2+ε2i,(2)其中,E 就是消光强度,等于吸收和散射强度之和,N A 是颗粒密度,a 是颗粒半径,εm 是外界环境的介电常数,而εr 和εi 则是金属的介电常数的实部和虚部,它们都是入射波长λ的函数.当(εr +4683物 理 学 报57卷2εm )=0时,共振达到峰值.εr 可以表达为[18]εr =1-ω2pω2+γ2,(3)式中ωp 是块材的振动频率,γ是块材振动的衰减系数,由于在可见—红外波段范围内,ωp µγ,则(3)式可以简化为εr =1-ω2pω2.(4) 这样在共振时,ω=ωp2εm+1.(5) DDA 法就是一种基于以上偶极子模型的近似算法,理论上可以计算任意形状的小颗粒的吸收、散射和消光等光学性质[22,23].它的基本思想是将小颗粒划分成若干个正方体格子,在划分足够小的情况下,每个格子可以视作一个偶极子.这样就能计算每个偶极子之间和偶极子与外界光波场的互相作用情况.最后得出每个偶极子的极化情况,进而能得到整个颗粒的光学特性.基于这种思路,任意形状的小颗粒都可以看作由N 个偶极子构成,对于第i 个偶极子,记其极化率为“αi ”,而该偶极子的位置则记为“r i ”.这样它们各自的极化强度则由其极化率和该局域的电场E loc 决定,即P i =αi ・Εloc (r i ),(6)其中,某个偶极子的局域场E loc ,则是由入射的光波场和其他偶极子的互相作用所共同决定的.E loc (r i )=E loc ,i =E inc ,i +E self ,i=E 0exp (i k ・r i )-∑j ≠iA ij・P j ,(7) 这里E 0和k 是入射光波的强度和波矢,而表示偶极子作用的矩阵A 由下式给出:A ij ・P j =exp (i kr ij )r 3ijk 2r ij ×(r ij ×P j )+(1-i kr ij )r 2ij×[r 2ij P j -3r ij (r ij ・P j )].(8)将方程(7)和(8)代入方程(6),经整理后可以得到A ′・P =E .(9) 解这样的3N 阶复线性方程组,最终可以得到每个偶极子的极化强度矢量P ,从而能进一步得到该颗粒的各种光学特性.利用软件包DDSC AT ,计算了实验中所得的三棱柱装Au 纳米颗粒的吸收光谱,保持横截面为正三角形,其对角线长a =104nm.按照P LD 沉积Au 薄膜的生长速率,对于样品A ,B 和C ,其高度分别为12,18和28nm.计算结果如图4所示.由图4(a )知,理论上,对于同种形状的颗粒来说,其高度的增加会导致其吸收峰的蓝移.而这与图3(a )所示的实验结果是符合的.在500nm 处同样也发现了实验中出现的波谷.其中,高度为12nm ,18nm 和28nm 的颗粒所得的SPR 吸收峰位与实验中沉积时间为5min ,10min 和15min 的颗粒SPR 吸收峰位大体相合.图4(b )则是SPR 吸收峰位对于颗粒高度作的拟合,作线性回归得到Y =806-5173X .即敏感度ΔλΠΔb =5173.图4 (a )由DDA 算法计算出的3种三棱柱结构的Au 纳米颗粒的吸收光谱 (这3种Au 颗粒的横截面均保持为正三角形,其中垂线长a =104nm ,与实验参数保持一致.高度b 分别为12nm ,18nm ,28nm ,分别与样品A ,B 和C 对应.可以看到其所对应的吸收峰值分别位于738nm ,702nm 和646nm.以上三种颗粒均用了12000个左右的偶极子);(b )为SPR 共振吸收峰对颗粒高度的线性拟合(Y =806-5173X )56836期王 凯等:金纳米颗粒的有序制备及其光学特性51结 论 本实验结合NS L和P LD技术制备了不同高度的Au纳米颗粒阵列.采用SE M观测其表面形貌,表明Au纳米颗粒阵列为分布均匀,大小相同的三棱柱状颗粒.并对Au纳米颗粒的光学特性进行了研究.通过测量其吸收光谱,成功观测到了Au纳米颗粒的SPR峰,并研究了Au纳米颗粒阵列的高度变化对其SPR峰位造成的影响.同时采用了DDA法进行了理论计算,对实验中的颗粒高度变化进行了理论模拟.理论计算结果与实验结果相符合.[1]Huang W,Qian W,E l2Sayed M A2005J.Phys.Chem.B10918881[2]W ang W,W ang Y,Sun Y2007Appl.Sur.Sci.2534673[3]Y ang M X,G racias D H,Jacobs P W,S om orjai G A1998Langmuir141458[4]Huang W,Qian W,E l2Sayed M A2004Nano Lett.41741[5]E lghanian R,S torhoff J J,Mucic R C et al1997Science2771087[6]E l2Sayed H,Huang X H,E l2Sayed M A2005Nano Lett.5829[7]Hulteen J C,Van Duyne R P1995J.Vac.Sci.Technol.A131553[8]Fischer U C,Z ingshem H P1981J.Vac.Sci.Technol.19881[9]Huang X,E l2Sayed H,E l2Sayed M A2006J.Am.Chen.Soc.1282115[10]Purcell E M,Pennypacker C R1973Astrophys.J.186705[11]Draine B T1988Astrophys.J.333848[12]Draine B T,Flatau P J1994J.Opt.Soc.Am.A111491[13]Program DDSC AT,by Draine B T and Flatau P J(University ofCalifornia,San Dieg o,Scripps Institute of Oceanography,8605LaJolla Dr.,La Jolla,California9209320221)[14]Y ang W H,Schatz G C,Van Duyne R P1995Chem.Phys.103869[15]Jensen T R,Schatz G C,Van Duyne R P1999J.Phys.Chem.B1032394[16]K elly K L,C oronado E,Zhao L L,Schatz G C2003J.Phys.Chem.B107668[17]Y ang G,Chen Z H,2006Acta Phys.Sin.554342(in Chinese)[杨 光、陈正豪2006物理学报554342][18]Jensen T R,Duval M L,Van Duyne R P1999J.Phys.Chem.B1039846[19]N orrman S,Anderss on T,Hunderi C G1978O.Phys.Rev.B18674[20]Jensen T R,M alinsky M D,Van Duyne R P2000J.Phys.Chem.B10410549[21]K reibig U,V ollmer M1995Optical Properties o f Metal Clusters25[22]Jensen T,K elly L,Lazarides A,Schatz G C1999J.Cluster Sci.10295[23]M alinsky M D,K elly K L,Schatz G C,Van Duyne R P2001J.Am.Chem.Soc.12314716683物 理 学 报57卷Fabrication and optical propertie s of Au nanoparticle array 3W ang K ai Y ang G uang Long Hua Li Y u 2Hua Dai Neng 2Li Lu Pei 2X iang(Wuhan National Laboratory for Optoelectronics Division o f Laser Science and Technology ,Huazhong Univer sity o f Science and Technology ,Wuhan 430074,China )(Received 26October 2007;revised manuscript received 14N ovember 2007)AbstractUsing nanosphere lithography and pulsed laser deposition ,Au nanoparticles with different height have been fabricated on quartz substrates.The surface images of Au particles were observed by scanning electron m icroscopy ,and the results showed that the prism 2shaped Au particles form a periodical array.In the U 2V 2visible absorption spectrum ,strong absorption peaks due to the surface plasm on resonance of Au nanoparticles were observed.Furtherm ore ,theoretical calculation based on the discrete dipole approximation was performed.The experimental and theoretical results show that the absorption peaks of the Au nanoprism shifted to the blue side as the out 2of 2plane height increases.K eyw ords :nanosphere lithography ,Au metal nanoparticles ,discrete dipole approximation PACC :7865E ,8116N3Project supported by the National Natural Science F oundation of China (G rant N os.10604018,10574050)and S pecialized Research Fund for the D octoralProgram of H igher Education (G rant N o.20060487006).C orresponding author.E 2mail :gyang @ E 2mail :lupeixiang @76836期王 凯等:金纳米颗粒的有序制备及其光学特性。