金納米顆粒有序結(jié)構(gòu)的界面自組裝及其電磁場耦合增強研究.pdf

1、隨著納米合成加工技術(shù)不斷的提高，不斷有新的納米技術(shù)得到商業(yè)化，為此，成功地將納米加工技術(shù)從實驗室轉(zhuǎn)移到工業(yè)生產(chǎn)的能力變得越來越重要。與傳統(tǒng)的自上而下工藝技術(shù)相比，自下而上的自組裝方法可產(chǎn)生更小特征尺寸的有序結(jié)構(gòu)而不需要昂貴的設(shè)備。然而，目前已有的自組裝方法，各具優(yōu)缺點和局限性。另外，有序結(jié)構(gòu)陣列的大面積自組裝仍然是一個挑戰(zhàn)。為此，發(fā)展一種簡單、靈活、廉價、普適性的有序結(jié)構(gòu)陣列的自組裝方法顯得迫在眉睫。單分散球形金納米顆粒，由于其圓球形貌

2、和具有各向同性等特點，有望實現(xiàn)高度有序的組裝結(jié)構(gòu)，并基于表面等離子激元共振及電磁場耦合增強特性，將在環(huán)境催化、生物傳感、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。本論文旨在發(fā)展單分散金納米顆粒的合成方法、普適的氣-液和液-液界面自組裝技術(shù)，從而構(gòu)筑二維大面積平方厘米級的有序金納米顆粒陣列和三維新型有序等離激元新材料，探索金納米顆粒有序陣列電磁場耦合增強在SERS檢測中的應(yīng)用。取得的成果如下:
　　(1)發(fā)展了快速、高效制備單分散、尺寸可控的球形金納

3、米顆粒的方法
　　在溶液中自由生長的晶體Au納米顆粒，各個晶面能量不同，生長具有各向異性等特點，易于生長出分明的菱面和頂角。針對以上問題，我們基于前期化學(xué)法獲得高產(chǎn)率、單分散、尺寸可控制各金納米八面體的基礎(chǔ)上，利用非聚焦激光束輻照誘導(dǎo)金納米八面體顆粒體相熔融和液相的快速冷卻，發(fā)展了一種簡便、高效的制備方法，成功獲得了單分散的球形金納米顆粒。并深入研究了激光功率與輻照時間對制備金納米球的影響。進一步提出光熱蒸發(fā)模型，揭示出納秒脈沖激

4、光輻照下八面體金納米顆粒形貌的轉(zhuǎn)變、球形納米顆粒間的融合和顆粒粒徑減小的理論機制。
　　(2)提出了表面張力梯度誘導(dǎo)的氣-液界面自組裝方法，實現(xiàn)了大面積平方厘米級、有序金納米顆粒陣列的組裝
　　針對已有自組裝方法對金納米顆粒的組裝局限性，過大面積的組裝往往難以實現(xiàn)高度有序等問題，我們發(fā)展了一種不僅簡單、可靠和廉價，而且靈活、易與現(xiàn)有納米加工技術(shù)相兼容的自組裝技術(shù)，成功實現(xiàn)具有大面積、有序金納米顆粒陣列的組裝。該方法獲得的金納

5、米陣列漂浮于水面上，呈現(xiàn)出明亮的金色光澤，易轉(zhuǎn)移至所需襯上。進一步揭示了形成有序的金納米顆粒陣列單層膜的作用機理，即表面張力梯度誘導(dǎo)的自組裝原理。
　　(3)提出了部分互溶的反相微乳模板法，實現(xiàn)了三維新型有序的金膠質(zhì)體結(jié)構(gòu)等離子激元材料的構(gòu)筑
　　在生物醫(yī)學(xué)上，具有微納空心結(jié)構(gòu)的Plasmonic膠囊能夠負(fù)載治療癌癥的藥物分子，同時實現(xiàn)化療和熱療相結(jié)合的雙治療模式，這些將為癌癥的早期診斷治療提供了良好的應(yīng)用前景。相比之下，本

6、文提出了一種新型的反相微乳液模板法，即水-正丁醇的微乳體系，以單分散球形金納米顆粒作為基本構(gòu)筑單元，在界面自由能最低原理的驅(qū)動下，首次制備出一種新型、三維有序等離子激元膠質(zhì)體(Plasmonic Colloidosomes)結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的微乳液模板法相比，該方法充分利用了反相微乳液模板體系中油/水的部分可溶性，實現(xiàn)了具有微米尺寸的、規(guī)則多層殼的PCs組裝。該PCs結(jié)構(gòu)具有強烈的等離激元共振耦合、能夠吸收可見光區(qū)域中極大部分光的特點，從表

7、觀顏色來看是黑色的，因此也被稱為“黑金”。進一步揭示了通過反相微乳模板體系獲得多殼層結(jié)構(gòu)的機理，并發(fā)掘該體系具有普適性，同樣適用于不同形貌、大小的貴金屬顆粒。該膠質(zhì)體結(jié)構(gòu)將為實現(xiàn)生物傳感器、藥物裝載、光學(xué)微腔和微型反應(yīng)器的應(yīng)用提供一個新平臺。
　　(4)探索了金有序結(jié)構(gòu)的電磁場耦合增強在SERS檢測中的應(yīng)用
　　進一步結(jié)合FDTD理論模擬計算，探索了二維有序金納米陣列的等離激元共振耦合、電磁場增強效果。證實該二維有序金納米陣