激光化学法合成银基纳米结构

论文摘要

作为一种具有良好的导电和传热性能的贵金属材料，银纳米材料在电学、光学、催化、拉曼增强和生物标记等方面有着很大的应用前景。目前，人们已经利用化学法合成出了多种银基纳米材料，如零维的银纳米颗粒、一维的银纳米线、二维的银枝晶结构等。然而，利用激光法这一具有操作简单、实验周期短、产物中杂质引入少、绿色环保等众多优点的方法制备多种银基纳米材料的研究相对来说却比较少。本论文主要利用激光作用硝酸银乙醇溶液这种液体靶材，引发激光化学反应，进而诱导多种新颖的银基纳米结构的合成。与此同时，探讨了激光热化学作用下这些纳米结构的形成过程和机理。利用1064nm纳秒脉冲激光作用硝酸银乙醇溶液，制备出了大量银-碳复合纳米线结构。研究发现，产物的形貌与激光的作用时间、激光的单脉冲能量密度、硝酸银的浓度以及溶剂的种类有关。同时，提出银-碳复合纳米线结构的形成是在激光的能量密度达到一定阈值后，硝酸银分子在激光热化学作用下不断分解，经由Ag2O纳米颗粒、Ag-Ag2O异质结、Ag-Ag2O-C复合材料纳米链逐渐演变而来的。对比研究了硝酸银乙醇溶液在1064nm毫秒脉冲激光、1064nm连续激光、532nm纳秒脉冲激光、266nm纳秒脉冲激光辐照下的特点。利用功率密度较低的1064nm毫秒脉冲激光制备了细小的银纳米颗粒，其尺寸可通过加入光敏剂或提高硝酸银浓度来得到提高；利用1064nm毫秒脉冲激光与纳秒脉冲激光的协同作用将最初得到的大尺寸的银颗粒进行二次作用，不断将其加热打小，制备出了由细小银纳米颗粒自组装形成的纳米线；利用1064nm连续激光于不同作用时间下制备了不同形貌的银纳米结构：Ag-Ag2O异质结、银纳米颗粒、银树，其形成原因可解释为：作用时间越长，激光产生的能量越高，硝酸银分解越完全，同时，形核点越多，产生的银团簇越倾向于由零维空间向二维平面生长；利用532nm、266nm纳秒脉冲激光制备出了Ag-Ag2O异质结，其形成原因分别为：激光的多光子效应及硝酸银在较低能量下的分解。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料研究现状
• 1.3 激光烧蚀法制备纳米材料
• 1.3.1 激光气相烧蚀法制备纳米材料
• 1.3.2 激光液相烧蚀法制备纳米材料
• 1.4 激光化学法制备纳米材料
• 1.4.1 激光气相化学法制备纳米材料
• 1.4.2 激光液相化学法制备纳米材料
• 1.5 银基纳米结构研究现状
• 1.5.1 银纳米颗粒
• 1.5.2 银枝晶结构
• 1.5.3 银-碳复合纳米线结构
• 1.6 本课题的研究思路和创新之处
• 第二章 实验原料、设备及表征仪器
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验设备
• 2.2.1 Dawa-350 型纳秒脉冲激光器
• 2.2.2 Nd: YAG 毫秒脉冲激光器
• 2.2.3 连续激光器
• 2.2.4 电子天平
• 2.2.5 超声波清洗器
• 2.2.6 离心机
• 2.3 表征仪器
• 2.3.1 透射电子显微镜（TEM）
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.3 拉曼光谱仪（Raman）
• 第三章 激光作用硝酸银溶液制备银基纳米结构
• 3.1 1064 nm 纳秒脉冲激光制备银-碳复合纳米线
• 3.1.1 银-碳复合纳米线制备的实验装置及实验过程
• 3.1.2 银-碳复合纳米线的表征
• 3.2 银-碳复合纳米线形成的影响因素研究
• 3.2.1 激光作用时间对纳米线形成的影响
• 3.2.2 激光单脉冲能量密度对纳米线形成的影响
• 3.2.3 硝酸银浓度对纳米线形成的影响
• 3.2.4 溶剂对纳米线形成的影响
• 3.3 银-碳复合纳米线的形成机理
• 3.4 1064 nm 毫秒脉冲激光制备银纳米颗粒
• 3.4.1 银纳米颗粒制备的实验装置及实验过程
• 3.4.2 1064 nm 毫秒脉冲激光制备细小银纳米颗粒
• 3.4.3 1064 nm 毫秒脉冲激光制备较大尺寸的银纳米颗粒
• 3.4.4 溶剂对产物形貌结构的影响
• 3.4.5 1064 nm 毫秒脉冲激光与纳秒脉冲激光的协同作用
• 3.5 1064 nm 连续激光制备多种银纳米结构
• 3.5.1 多种银纳米结构制备的实验装置及实验过程
• 3.5.2 1064 nm 连续激光于不同作用时间下制备多种银纳米结构
• 3.5.3 多种银纳米结构形成的机理分析
• 3.6 532 nm 纳秒脉冲激光制备银-氧化银异质结
• 3.7 266 nm 纳秒脉冲激光制备银-氧化银异质结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢