不同结构二维银纳米粒子阵列的制备

摘要

由于贵金属纳米颗粒具有小尺寸效应、表面效应和表面场增强效应等特性，使其表现出不同于宏观材料的物理、化学等性能，因而在生物传感、医学、光电、催化等领域具有广泛的潜在应用前景。其中，银纳米颗粒作为一种重要的贵金属纳米粒子成为近几年表面局域等离子体共振光学传感领域的研究热点。但是，单个纳米粒子产生的表面等离子体共振信号非常微弱，在应用上通常采取多数粒子的整体效应，人们相应地提出了许多制备这种纳米粒子的技术，以及令这些纳米粒子按一定规则排列成二维纳米阵列的方法，如电子束光刻(electron-beamlithography，EBL)、影印石版术（photolithography）、纳米球刻蚀(nanospherelithography，NSL)等。相比而言，纳米球刻蚀成本低，且可以大面积地制备纳米粒子阵列结构。
　　 本文主要通过纳米球刻蚀技术制备二维三角形银纳米粒子阵列，并在此基础上对二维四角形银纳米粒子阵列的制备进行了研究。实验主要内容及相关结果如下:
　　 (1)聚苯乙烯纳米球的制备及组装。首先使用乳液聚合法制备聚苯乙烯纳米球，然后利用平面毛细组装技术制备出纳米球光刻所需要的聚苯乙烯纳米球掩模。在制备过程中，研究了引发剂、乳化剂、单体及分散媒介的用量对制备聚苯乙烯纳米球粒径大小的影响。
　　 (2)二维三角形银纳米粒子阵列的制备及表征。利用纳米球刻蚀法制备了二维六角密排三角形银纳米粒子阵列，通过改变聚苯乙烯纳米球的大小，蒸镀银膜厚度，不同的超声清洗溶液及超声时间，研究它们对阵列及其单元结构的影响。实验发现，当聚苯乙烯纳米球直径为530nm左右，蒸镀的银膜厚度约为120nm，并且采用甲苯作为超声的溶液并超声2-3秒时，所形成的银纳米粒子阵列结构比较完善且面积较大，三角形粒子角部更加尖锐，更能满足传感器对信号检测的要求。同时，探究了不同基片镀膜后退火对二维三角形银纳米粒子阵列的影响。实验发现，当以硅片为基底时，退火后纳米单元的角部变的圆润，类似半球形，而以二氧化硅为基底时几乎没有变化。
　　 (3)二维四角形银纳米粒子阵列的制备及表征。利用纳米球刻蚀法制备二维四角形银纳米粒子阵列，通过改变聚苯乙烯纳米球的干燥温度，研究其对二维四角形银纳米粒子阵列的影响。实验发现，在干燥温度为80℃时，所得到的二维四角形银纳米粒子阵列的面积是目前最大的。同时，探究了不同的物理沉积方法对二维四角形银纳米粒子阵列的影响。实验发现，磁控溅射法得到的四角形银纳米单元是整块的银颗粒，而电阻热蒸发法得到的四角形银纳米单元是由细碎的银颗粒组成。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 金属纳米颗粒的性质

1．1．2 金属纳米颗粒的应用

1．2 纳米阵列材料和二维银纳米阵列的制备方法

1．2．1 纳米阵列材料的制备方法

1．2．2 二维银纳米粒子阵列的制备方法

1．3 本论文的工作内容及研究意义

参考文献

第二章 聚苯乙烯纳米球的制备及其自组装

2．1 引言

2．2 试剂及仪器

2．2．1 试剂

2．2．2 仪器

2．3 聚苯乙烯纳米球的制备与表征

2．3．1 PS球的制备过程

2．3．2 PS球的聚合机理

2．3．3 PS纳米球的表征

2．3．4 制备工艺参数对PS纳米球的影响

2．4 聚苯乙烯纳米球的自组装

2．5 本章小结

参考文献

第三章 纳米球刻蚀制备二维三角形银纳米粒子阵列

3．1 引言

3．2 试剂及仪器

3．2．1 试剂

3．2．2 仪器

3．2．3 基片处理

3．3 聚苯乙烯纳米球的尺寸对制备二维三角形银纳米粒子阵列结构的影响

3．3．1 实验过程

3．3．2 结果与讨论

3．4 银膜厚度对制备二维三角形银纳米粒子阵列结构的影响

3．4．1 实验过程

3．4．2 结果与讨论

3．5 不同清洗溶液及超声时间对制备二维三角形银纳米粒子阵列结构的影响

3．5．1 实验过程

3．5．2 结果与讨论

3．6 不同基片对制备二维三角形银纳米粒子阵列结构的影响

3．6．1 实验过程

3．6．2 结果与讨论

3．7 本章小结

参考文献

第四章 二维四角形银纳米粒子阵列的制备及物理沉积工艺的影响

4．1 引言

4．2 实验

4．2．1 试剂及仪器

4．2．2 实验过程

4．3 聚苯乙烯纳米球排列的扫描电镜图像

4．4 不同物理沉积方法对二维四角形银纳米粒子阵列的影响

4．5 磁控溅射中二维三角形银纳米粒子阵列和四角形银纳米粒子阵列的对比

4．6 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

硕士期间研究成果

致谢