几种金纳米复合材料的制备和表征

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1、中文摘要纳米复合材料是随着纳米科技的发展而涌现出的一类新型纳米材料，由两种或两种以上性质不同的材料，通过各种方法复合而成。通过单一组分材料的复合，可以设计和制备出性能优异的纳米复合材料，从而满足各种特殊用途的需要。由于在光学、热学、电学、磁学、力学以及化学等方面表现出许多奇异的性质，纳米复合材料现已成为基础研究和应用研究的一个热点。本文利用单组分材料(如会纳米粒子、二氧化硅和聚苯乙烯等)，通过胶体还原、分子自组装和模板复制等方法，设计和构建几种金纳米复合材料，包括：草莓状金纳米复合颗粒、金纳米壳、自组装金纳米壳膜、金纳米粒子掺杂的二氧化硅光子晶体以及金纳米粒子

2、掺杂的聚苯乙烯光子晶体等。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、反射干涉光谱仪(RIFS)、X射线光电子能谱仪(XPS)和紫外一可见分光光度计(UV．vis)等作为主要的表征手段，控制和优化制备材料的组成和结构，使其具有新颖的、不同于传统纳米材料的光学特性，如局域表面等离激元共振(LSPR)和光子带隙(PBG)的组合。基于金纳米粒子的LSPR和光子晶体的PBG，在均相体系和非均相体系中，探索会纳米复合材料在光学传感中的应用。本论文的主要工作如下：1．通过UV—vis吸收光谱，比较了金纳米粒子和草莓状金纳米复合颗粒(Au／Si02)在不同溶剂中

3、的光学吸收行为。Au／Si02复合颗粒可以很好地再现单分散金纳米粒子的光学共振吸收。基于Au／Si02复合颗粒的Zeta电位，根据DLVO理论，提出了一个可能的机理以解释Au／Si02复合颗粒在不同溶剂中的稳定性。2．和2～5nm的金纳米粒子相比，粒径～110nin的Au／Si02复合颗粒不仅容易离心、分离，而且将金纳米粒子固定，使之不容易聚集。作为微载体，二氧化硅胶体为固定小尺寸的会纳米粒子提供了一个纳米级平台。基于固定会纳米粒子的LSPR，可以直接将Au／Si02复合颗粒应用于折射率传感。3．通过静电吸引和配位作用，将小尺寸的舍纳米粒子吸附到硅烷化的二氧化

4、硅颗粒表面；经化学还原，在二氧化硅表面形成壳层厚度均匀的金纳米壳(Au@si02)。利用Au@si02共振消光峰的可调性以及近红外光在人体组织中的通透性，可以在稀释全血中呈现Au@Si02良好的光学吸收行为。4．将Au@Si02固定在硅烷化的玻璃基底表面，构建了对介质变化敏感的Au@Si02自组装膜。通过控制金壳的厚度以及浸泡溶胶的浓度，可以实现自组装膜光学吸收的可调性。牛血清白蛋白(BSA)吸附动力学显示：Au@Si02白组装膜可以作为折射率传感器研究生物分子的吸附行为。5．利用垂直沉积法、自组装法和模板技术，制备出金纳米粒子掺杂的聚苯乙烯复合光子晶体(Au

5、／PS-Io)。Au／PS．IO光子晶体薄膜不仅保留了单分散金纳米粒子的LSPR特性，而且也复制了二氧化硅模板的PBG特性。此方法提供了一个新的途径，可以将两种不同性质的光学特性组合在同一种材料中。6．通过改变入射光的角度或渗透溶剂的折射率，可以在一个很大的波长范围内，有效地控制LSPR和PBG特征峰的相对位移。基于乙醇在Au／PS—IO膜空隙中的挥发和渗透，研究了LSPR和PBG之间的叠加行为。会纳米粒子和光子晶体的复合为可控地操纵组合的光学行为提供了一个新的机会。关键词：会纳米粒子，局域表面等离激元共振，金纳米壳，草莓状金纳米复合颗粒，光子晶体，光子带隙，

6、传感，自组装H英文摘要ABSTRACTNanocompositematerials(NCMs)arearelativelynewclassofmaterials，whichaleconstructedonananometerlengthscalebytheincorporationofseveralcomponentswithdifferentproperties．NCMswithuniquepropertiescanbedesignedandfabricatedtocaterforvariousparticularneedsbycombiningsevera

7、lpurematerials．NCMshavereceivedconsiderableattentioninbothfundamentalandappliedresearchduetotheirspecialpropertiesinoptics，calorifics，eleetrics，magnetics，mechanics，chemistry，andSOon．Here，basedonseveralpurematerials(goldnanoparticles(AuNPs)，silicaparticles，andpolystyrene)，molecularse

8、lf-assembly，colloid