飞秒激光烧蚀制备银纳米粒子的实验研究

论文摘要

近些年来,纳米材料因具有许多与常规材料所没有的独特的表面效应、小尺寸效应和量子效应等性能,使得纳米材料在光学、电学、磁学、生物医学、传感等诸多方面具有巨大的应用潜力,吸引着越来越多的人致力于纳米材料的研究。在这些研究中,尤其Au、Ag纳米材料因其优异的光电性质,已经成为许多基础研究和应用研究关注的对象。由于纳米材料许多独特性能由其纳米颗粒的尺寸、形状、组分、晶型、聚集结构所决定,因而纳米材料的尺寸形貌可控制备变得非常重要。迄今为止人们已经发展了众多贵金属纳米粒子的制备方法,如溶胶-凝胶法、微乳液法,化学沉积法和激光烧蚀法等等都是常用的纳米颗粒制备方法。但是,由于激光烧蚀法在控制所制备纳米粒子的尺寸和形貌上具有明显优势,所以被广泛应用于很多领域。在本论文中,我们利用聚焦高功率密度飞秒脉冲激光在溶液中烧蚀固体样品制备了贵金属Ag纳米颗粒;由扫描电子显微镜,分析了Ag靶表面经激光作用后其表面形貌的变化,由透射电子显微镜,测定了制备的Ag纳米粒子的形貌、粒径大小分布和平均直径,实验测定了所制备纳米粒子的紫外-可见吸收光谱,测定了Ag纳米颗粒表面等离子体共振吸收峰的强度、线宽和谱峰线移,研究了脉冲激光能量、激光作用时间对制备的纳米粒子的形貌、粒径大小及其分布、平均直径和浓度的影响。本文共分为三章。第一章介绍了纳米材料的基本概念、特性和研究动态,综述了纳米粒子的制备方法以及纳米粒子的表征手段及其实际应用。第二章主要介绍了飞秒激光烧蚀浸在二次蒸馏水中的Ag靶制备Ag纳米粒子的实验装置和实验方法,研究了激光能量和照射时间对制备的纳米粒子形貌、尺寸、均匀性、分散性的影响以及胶体稳定性和Ag表面烧蚀坑形貌的影响。结果表明:生成的Ag纳米呈球形,当激光能量增加时,纳米粒子的平均尺寸增加,粒子尺寸分布范围更宽;随着激光照射时间的增加,纳米粒子的平均尺寸减小,粒子尺寸分布范围变窄,空间分散性更好;放置几天后,Ag纳米溶胶在溶液中容易发生聚集,激光作用后的Ag表面具有纳米量级的烧蚀坑。第三章通过使用飞秒激光在AgNO3溶液中烧蚀Si靶产生硅纳米粒子还原Ag+制备了Ag纳米粒子。分析了烧蚀能量、时间和AgNO3溶液浓度对生成的Ag纳米粒子尺寸和形貌的影响。结果表明,生成的Ag纳米呈球形,激光烧蚀能量的改变基本上不影响生成的纳米粒子尺寸,溶液中Ag纳米浓度随着激光作用时间和AgNO3溶液浓度的增加呈现出一个先增加后减小的过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料的基本概念
• 1.2 纳米材料的特性
• l.2.1 表面效应
• l.2.2 小尺寸效应
• 1.2.3 量子尺寸效应
• 1.2.4 宏观量子隧道效应
• 1.3 纳米材料的制备方法
• 1.3.1 化学还原法
• 1.3.2 光诱导还原法
• 1.3.3 微波辅助还原法
• 1.3.4 电化学还原法
• 1.3.5 微乳液法
• 1.3.6 溶胶-凝胶法
• 1.3.7 化学气相沉积法（CVD）
• 1.3.8 激光烧蚀法
• 1.4 纳米材料的表征
• 1.4.1 紫外-可见吸收光谱法
• 1.4.2 X 射线衍射法
• 1.4.3 电子显微镜
• 1.5 纳米粒子的应用
• 1.5.1 催化方面的应用
• 1.5.2 磁性方面的应用
• 1.5.3 生物医学上的应用
• 第二章 飞秒激光烧蚀银靶制备银纳米粒子
• 2.1 研究背景与意义
• 2.2 银纳米粒子的性质
• 2.2.1 银纳米粒子的光学性质
• 2.2.2 银纳米粒子的其他性质
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 实验装置介绍
• 2.3.2 实验过程
• 2.3.3 实验结果与分析
• 2.4 结论
• 第三章 飞秒激光烧蚀AgN03溶液中的硅靶制备银纳米粒子
• 3.1 研究背景
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验过程
• 3.2.2 实验结果与分析
• 3.3 结论
• 3.4 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间所做的工作
• 致谢