激光刻蝕法制備金屬納米顆粒及其光譜特性研究.pdf

1、近十多年來，納米尺寸的金屬顆粒在物理、化學(xué)各個領(lǐng)域引起了人們廣泛的研究興趣。這些金屬納米粒子由于具有獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)，從而在光學(xué)、電學(xué)、催化、磁學(xué)以及生物領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。金屬納米粒子的性質(zhì)取決于其形狀和尺寸等因素，因此制備能較好地控制形狀和尺寸的金屬納米粒子具有極大的挑戰(zhàn)性。迄今為止，已有大量有關(guān)金屬納米粒子的制備方法。其中，值得關(guān)注的方法是一種應(yīng)用于液相金屬納米粒子的制備方法——激光刻蝕技術(shù)。該方法利用高功率脈沖激光刻蝕液

2、體中的金屬，具有實驗裝置簡單、操作方便、制備出的金屬納米顆粒分散度高、尺寸小而均勻、產(chǎn)物中不會含有其它離子等優(yōu)點。 近年來，關(guān)于表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)和表面增強(qiáng)紅外光譜(SEIRA)的應(yīng)用研究引起了人們越來越多的興趣。表面增強(qiáng)光譜技術(shù)作為高靈敏的表面分析手段，已被廣泛地應(yīng)用于有機(jī)超薄膜、界面現(xiàn)象、電化學(xué)現(xiàn)場技術(shù)以及痕量分析等領(lǐng)域的研究中。表面增強(qiáng)現(xiàn)象發(fā)生在特殊的實驗條件下，對金屬表面的形貌有特殊的要求。自表面增強(qiáng)效應(yīng)發(fā)現(xiàn)以

3、來，人們一直對其活性襯底進(jìn)行著不懈的探索。但制備出符合要求的納米結(jié)構(gòu)表面在實驗上仍然是一個挑戰(zhàn)。本論文中采用激光刻蝕法制備出了具有“化學(xué)純凈”的金屬膠體，將其沉積在鋁基底上形成金屬島膜。利用典型的吸附分子對它們的SERS和SEIRA特性進(jìn)行了初步探討。 本論文主要進(jìn)行了與上述相關(guān)的研究探討工作，共包括五個部分： 第一部分：主要介紹金屬膠體的研究歷史、制備方法及研究現(xiàn)狀。重點說明了激光刻蝕法制備金屬膠體的特點。另外還簡要論

4、述了表面增強(qiáng)拉曼光譜和表面增強(qiáng)紅外光譜的基本概念，它們的發(fā)現(xiàn)、特點、增強(qiáng)機(jī)理和應(yīng)用的基本知識。 第二部分：用Nd：YAG脈沖激光器的1064nm激發(fā)光在三次蒸餾去離子水中刻蝕金屬銀表面，通過改變激光脈沖的能量，制備出一系列的納米金屬銀膠體。 將銀膠體沉積在鋁基底上形成一層銀島膜。用紫外一可見吸收光譜、SEM及拉曼光譜對銀膠體和銀島膜進(jìn)行了表征。研究結(jié)果表明，刻蝕所用激光脈沖的能量影響膠體中銀顆粒的分布；不同能量下制備的膠

5、體所形成的銀島膜具有不同的表面增強(qiáng)效果。 第三部分：利用激光刻蝕技術(shù)制備出具有“化學(xué)純凈”的金膠和銅膠，將膠體沉積在鋁基底上形成一層金島膜和銅島膜。并對它們表面形貌及SERS特性進(jìn)行了初步分析。與化學(xué)方法相比，用該方法制備的島膜具有“純凈”、分散性好、不易發(fā)生凝聚、增強(qiáng)效果優(yōu)異、制備簡便等優(yōu)點。從而克服了化學(xué)方法制備的膠體用于SERS研究時易受雜質(zhì)離子干擾的缺點。 第四部分：采用激光刻蝕技術(shù)制備了的鈀納米顆粒。紫外一可見

6、吸收光譜表明鈀納米顆粒在200 nm～800 mn的測量范圍內(nèi)沒有出現(xiàn)特征吸收峰。SEM顯示鈀島膜由鈀納米顆粒平均粒徑在200 m左右。將鈀納米顆粒沉在鋁基底上形成一層鈀島膜。拉曼光譜測試表明鈀島具有表面增強(qiáng)效應(yīng)。從實驗數(shù)據(jù)估算得出其增強(qiáng)因子約為8.7×10<'4>。 第五部分：研究了胸腺嘧啶(thymine，簡稱Th)分子在激光刻蝕法制備的銀島膜上的表面增強(qiáng)拉曼光譜和表面增強(qiáng)紅外吸收光譜。研究結(jié)果表明，銀島膜對于Th分子具有較