金属纳米颗粒自组装形成三维超晶格的研究

摘要

金属纳米颗粒种类多样，由于其自身光、热、电、磁、化学等方面的优异特点而成为备受瞩目的一类基本结构单元。在此基础上，通过自组装技术形成具有一定长程周期性的有序超晶格结构，对于深入认识纳米颗粒组装过程，从而获得性能特殊、可控的新材料具有重要意义，同时这也是构成实际中可用纳米器件的必要过程。近年，以单组元组装为基础，二元甚至更高组元自组装已成为重要研究热点之一。组装体不仅继承了每种组元各自的特点，而且因为颗粒间协同效应，可能使其获得许多新的集合特性，从而在催化、磁记录存储、纳米传感器、生物医学等多个领域都有广泛应用。
　　本研究以多级尺寸的单分散金、镍纳米颗粒为组装基元，选择一定的合适粒径配比，探索了双尺寸金纳米颗粒和双组元金、镍纳米颗粒两个组装体系形成三维超晶格结构的过程。文中给出较合适的超晶格自组装配方的同时，针对各种组装条件对组装体微观结构产生的影响展开讨论，并且考虑到金、镍纳米颗粒分别具有表面等离子体特性和磁性能，对所获超晶格结构的光学和磁学性质还进行了表征分析。研究结果表明:自组装过程是熵驱动、颗粒间相互作用等多个因素平衡协调的结果，故需要综合考量热力学、动力学和结构架构原则;双尺寸组装体并不是两种尺寸单元的简单混合，而是一种全新的构型;Au-Au体系实验，得到以AIB2型结构为主的组装体;Au-Ni体系中，获得了以不同方向生长的NaCI型结构;组装效果与大小颗粒数目比、组装温度、溶胶总浓度、表面活性剂、溶剂等实验参数的选择密切相关，45℃的环境温度，1 mg/ml(TEM碳支持膜样品)的溶胶总浓度，油酸(总溶液体积量的0.039％)作表面活性剂，四氯乙烯作为溶剂是较佳的实验组装配方;相邻颗粒间距的不同造成等离子体共振耦合效应差异化，是超晶格反射谱的表面等离子体共振峰位发生变化的主要原因;Au-Ni双组元组装体继承了镍颗粒的铁磁/超顺磁性特点，对于该双组元超晶格，两种颗粒相间排列，会影响镍颗粒间的磁相互作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 纳米颗粒有序组装体及其制备方法

1．2．1 纳米颗粒自组装制备方法的研究概述

1．2．2 纳米颗粒组装体的性质及用途

1．3 金属纳米颗粒自组装的研究进展

1．3．1 单组元／单尺寸金属颗粒自组装

1．3．2 双组元／双尺寸金属颗粒自组装

1．4 课题的研究意义和内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究内容

参考文献

第二章 实验内容及测试方法

2．1 实验试剂及所用仪器设备

2．2 纳米颗粒的制备和三维超晶格组装过程

2．2．1 单分散金纳米颗粒(＜10nm)制备探索

2．2．2 合成11．8nm单分散镍纳米颗粒

2．2．3 单组元及双组元颗粒的自组装

2．3 测试方法

2．3．1 微观结构测试

2．3．2 光学特性测试

2．3．3 磁学特性测试

第三章 双尺寸金纳米颗粒超晶格的自组装制备研究

3．1 引言

3．2 双尺寸纳米颗粒组装单元的选择

3．2．1 不同组装基元

3．2．2 组装单元的选择原则

3．3 不同组装实验条件对组装体微观结构的影响分析

3．3．1 双尺寸金纳米颗粒体系自组装配方及步骤

3．3．2 双尺寸金纳米颗粒组装体系选择的理论判断

3．3．3 双尺寸金纳米颗粒组装体微观形貌分析

3．3．4 双尺寸金纳米颗粒组装体SAXRD结构分析

3．4 组装体的光学特性表征

3．5 本章小结

参考文献

第四章 金、镍纳米颗粒自组装形成双组元超晶格的研究

4．1 引言

4．2 不同组装实验条件对组装体微观结构的影响分析

4．2．1 6．1nmAu-11．8nmNi双组元超晶格结构形貌分析

4．2．2 其它尺寸双组元超晶格结构形貌分析

4．3 组装体性能的表征分析

4．3．1 组装体的光学特性表征

4．3．2 组装体的磁学特性表征

4．4 本章小结

参考文献

全文结论

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢