几种金纳米复合材料的制备和表征

论文摘要

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（如金纳米粒子、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-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,探索金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/SiO2）在不同溶剂中的光学吸收行为。Au/SiO2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/SiO2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/SiO2复合颗粒在不同溶剂中的稳定性。2.和2～5 nm的金纳米粒子相比,粒径～110 nm的Au/SiO2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金纳米粒子提供了一个纳米级平台。基于固定金纳米粒子的LSPR,可以直接将Au/SiO2复合颗粒应用于折射率传感。3.通过静电吸引和配位作用,将小尺寸的金纳米粒子吸附到硅烷化的二氧化硅颗粒表面;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

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.1.1 金纳米粒子
• 1.1.2 二氧化硅胶体
• 1.1.3 聚苯乙烯
• 1.1.4 纳米复合材料
• 1.2 金纳米粒子构建的纳米复合材料
• 1.2.1 金纳米复合材料制备
• 1.2.2 金纳米复合材料举例
• 1.2.3 金纳米复合材料的研究意义
• 1.3 本文的研究内容
• 参考文献
• 第二章 草莓状金纳米复合颗粒的制备和表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂和材料
• 2.2.2 仪器
• 2.2.3 二氧化硅胶体的纯化
• 2.2.4 二氧化硅胶体的硅烷化
• 2.2.5 金纳米粒子的合成
• 2.2.6 草莓状金纳米复合颗粒的制备
• 2.2.7 表征
• 2.3 结果和讨论
• 2.3.1 二氧化硅胶粒的纯化和金纳米粒子的制备
• 2.3.2 草莓状金纳米复合颗粒的透射电镜表征
• 2.3.3 草莓状金纳米复合颗粒在水中的单分散性
• 2.3.4 草莓状金纳米复合颗粒在乙醇中的光学性质
• 2.3.5 草莓状金纳米复合颗粒的稳定性机理
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 草莓状金纳米复合颗粒的折射率传感
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂和材料
• 3.2.2 仪器
• 3.2.3 二氧化硅胶体的纯化
• 3.2.4 二氧化硅的硅烷化
• 3.2.5 金纳米粒子的合成
• 3.2.6 草莓状金纳米复合颗粒的制备
• 3.2.7 自组装草莓状金纳米复合颗粒膜
• 3.2.8 表征
• 3.3 结果和讨论
• 3.3.1 草莓状金纳米复合颗粒纳米结构的稳定性
• 3.3.2 草莓状金纳米复合颗粒在溶液中的光学性质
• 3.3.3 草莓状金纳米复合颗粒的折射率传感
• 3.3.4 自组装草莓状金纳米复合颗粒膜的折射率传感
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 金纳米壳的制备及其近红外消光特性
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂和材料
• 4.2.2 仪器
• 4.2.3 二氧化硅胶体的纯化
• 4.2.4 二氧化硅胶体的硅烷化
• 4.2.5 金纳米粒子的合成
• 4.2.6 草莓状金纳米复合颗粒的制备
• 4.2.7 金纳米壳的制备
• 4.2.8 表征
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 金纳米壳的制备
• 4.3.2 金纳米壳的红外消光特性
• 4.3.3 金纳米壳在稀释全血中的红外消光特性
• 4.3.4 金纳米壳的潜在生物学应用
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 自组装金纳米壳膜及其对介质变化的敏感性
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂和材料
• 5.2.2 仪器
• 5.2.3 二氧化硅胶体的纯化
• 5.2.4 二氧化硅胶体的硅烷化
• 5.2.5 金纳米粒子的合成
• 5.2.6 草莓状金纳米复合颗粒的制备
• 5.2.7 金纳米壳的制备
• 5.2.8 金纳米壳的自组装
• 5.2.9 表征
• 5.3 结果和讨论
• 5.3.1 金纳米壳在玻璃基底上的固定
• 5.3.2 光学可调的自组装金纳米壳膜
• 5.3.3 金纳米壳膜对介质变化的敏感性
• 5.3.4 牛血清白蛋白在金纳米壳膜上的吸附
• 5.3.5 金纳米壳膜在稀释全血中的光学特性
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 金纳米粒子掺杂光子晶体的制备和表征
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 试剂和材料
• 6.2.2 仪器
• 6.2.3 二氧化硅胶体的纯化
• 6.2.4 二氧化硅晶体模板的制备
• 6.2.5 聚苯乙烯光子晶体膜的制备
• 6.2.6 二氧化硅胶体的硅烷化
• 6.2.7 硅烷化二氧化硅晶体模板的制备
• 6.2.8 金纳米粒子的合成
• 6.2.9 金纳米粒子掺杂胶体晶体模板的制备
• 6.2.10 金纳米粒子掺杂聚苯乙烯光子晶体的制备
• 6.2.11 实验池的制备
• 6.2.12 表征
• 6.3 结果和讨论
• 6.3.1 二氧化硅和聚苯乙烯光子晶体的结构表征
• 6.3.2 二氧化硅和聚苯乙烯光子晶体的光学表征
• 6.3.3 聚苯乙烯光子晶体膜在不同溶剂中的反射光谱
• 6.3.4 金纳米粒子掺杂聚苯乙烯膜的制备方法
• 6.3.5 金纳米粒子掺杂复合材料的颜色
• 6.3.6 金纳米粒子掺杂复合材料的显微结构
• 6.3.7 金纳米粒子掺杂聚苯乙烯的纳米结构
• 6.3.8 二氧化硅晶体模板中金纳米粒子的透射电镜表征
• 6.3.9 金纳米粒子掺杂聚苯乙烯膜的反射和吸收光谱
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 第七章 金纳米粒子掺杂光子晶体的光学特性
• 7.1 引言
• 7.2 实验部分
• 7.2.1 试剂和材料
• 7.2.2 仪器
• 7.2.3 二氧化硅胶体的纯化
• 7.2.4 二氧化硅胶体的硅烷化
• 7.2.5 硅烷化二氧化硅晶体模板的制备
• 7.2.6 金纳米粒子的合成
• 7.2.7 金纳米粒子掺杂胶体晶体模板的制备
• 7.2.8 金纳米粒子掺杂聚苯乙烯光子晶体的制备
• 7.2.9 金纳米粒子掺杂无序聚苯乙烯膜的制备
• 7.2.10 去除了金纳米粒子的聚苯乙烯光子晶体的制备
• 7.2.11 实验池的制备
• 7.2.12 表征
• 7.3 结果和讨论
• 7.3.1 金纳米粒子掺杂光子晶体的扫描电镜表征
• 7.3.2 金纳米粒子掺杂光子晶体膜的吸收光谱
• 7.3.3 金纳米粒子在聚苯乙烯膜中的稳定性
• 7.3.4 对照样品的制备和光学表征
• 7.3.5 衍射峰和共振峰随光入射角变化的相对位移
• 7.3.6 衍射峰和共振峰随溶剂变化的相对位移
• 7.3.7 乙醇渗透和挥发循环中衍射峰和共振峰的变化
• 7.4 本章小结
• 参考文献
• 第八章 结论
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 致谢