基于金纳米棒结构的合成及其光学性质的研究

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SiO2壳层厚度的GNR@SiO2核-壳复合纳米结构，研究了SiO2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@SiO2复合体系不同SiO2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。

目录

声明

注释表

第一章 绪 论

1.1纳米材料与纳米技术

1.2 金纳米材料

1.3 金纳米棒的应用

1.4 本文的研究内容

第二章 金纳米棒的合成

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 FDTD数值模拟

2.5 本章小结

第三章 金棒的组装及其SPR研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果和讨论

3.4 FDTD数值模拟

3.5 本章小结

第四章 金纳米棒的核壳结构

4.1 金纳米棒的二氧化硅包覆

4.2 金纳米棒组装体的二氧化硅包覆

4.3 金纳米棒的双金属核壳结构

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

在校期间的研究成果