金纳米结构光热转换材料的研究进展

金纳米结构材料具有重要的光热转换性质,在癌症治疗方面引起了全世界的高度关注。综述了金纳米结构光热转换材料包括纳米球、纳米棒、纳米壳、纳米笼以及纳米簇等的制备方法和进展,随后总结了其表面功能化的3种方法,即利用双功能的配体直接进行配体交换、二氧化硅包覆、聚合物包覆。最后介绍了其在激光诱导的药物释放、光热治疗、近红外热成像等生物医药方面的应用。

帽状金纳米结构的制备、表征及表面增强拉曼散射活性

采用真空离子溅射法在自组装的单层阵列二氧化硅纳米粒子表面沉积金薄膜,制备了以S iO2为核的帽状金纳米结构.用透射电镜、扫描电镜、原子力显微镜、X射线衍射仪和紫外-可见-近红外分光光度计对样品的表面形貌、结构及光学性质进行了表征.以亚甲基蓝作为探针分子,对金纳米帽的表面增强拉曼散射活性进行了研究,结果显示,吸附在金纳米帽上的分子拉曼散射信号得到显著增强,增强因子达到107数量级.该基底在超灵敏生物和化学检测方面具有潜在的应用前景.

花瓣状铂-金-石墨烯纳米结构的制备及其在葡萄糖测定中的应用

利用氧化石墨烯（GO）、PtCl6^2-、AuCl^4-作为前驱体,在-0.4 V条件下,采用一步电化学还原法对GO和金属前驱体进行同时还原,成功制备了花瓣状的Pt-Au-GO纳米结构;同时利用伏安法研究了该催化剂对葡萄糖氧化的电催化性能,结果表明,此纳米结构对葡萄糖氧化反应表现出很好的电催化性能;据此构建了无酶葡萄糖传感器,该传感器在较低的电位下（-0.1 V）对葡萄糖的线性检测范围为1.0~25.0 mmol/L,响应灵敏度为26.3μA cm^-2（mmol/L）^-1,检出限为4.0μmol/L（S/N=3）,且传感器具有很好的重现性、稳定性和选择性,可用于实际样品的分析检测。

基于毛丹状Au@Ag合金纳米结构的活性细菌表面增强拉曼散射传感

为实现活性细菌的快速和原位检测,使用无机碱性双氧水作为“清洁”还原剂,还原制备了一种毛丹状Au@Ag合金纳米颗粒,并将其作为表面增强拉曼散射(SERS)基底材料。研究发现:构建的毛丹状Au@Ag合金纳米颗粒具有较高的表面粗糙度和致密的表面纳米毛刺,该结构对细菌表面的吸附能力较强,且不影响细菌的生物活性;构建的毛丹状Au@Ag合金纳米颗粒在单颗粒表面具有大量的“纳米针尖”和“纳米间隙”,这种结构可产生较强的局部表面等离子体共振效应;将毛丹状Au@Ag合金纳米颗粒吸附于细菌表面,可以有效地增加细菌表面的SERS“热点”,且在实际检测中容易操作。利用以上特点,在633 nm的激发光激发下,可以有效获得活性细菌的SERS指纹谱信号,该方法的灵敏度和检测效率高,能广泛应用于微生物细胞的SERS传感分析。

金纳米花结构的制备及其催化性能研究

金纳米花结构具有多分枝的形貌、很高的表面积-体积比,增强的电磁场效应而越来越受到人们的重视。采用抗坏血酸溶解左旋多巴的混合溶液还原氯金酸制备了金纳米花结构,分别利用紫外可见光谱仪(UV-Vis)、 X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对金纳米花结构的形貌和结构进行表征分析。结果表明,所制备的金纳米花结构具有较宽的表面等离子体共振吸收峰,该吸收峰位于650 nm左右。基于XRD结果分析可知该金纳米花结构为结晶性较好的面心立方结构。通过SEM分析可看到该金纳米花结构的形貌为表面具有很多尖锐的纳米片状的金纳米花结构且大小为(1.10±0.14)μm。在TEM图片中可清晰地观察到金纳米花结构表面纳米片的大小和详细形貌。总之,这些表征分析综合证明了所制备的金纳米花的独特形貌特征。此外,利用金纳米花结构作为纳米催化剂,在过量硼氢化钠下催化还原对硝基苯酚(4-NP)为对氨基苯酚(4-AP),该催化反应在数分钟即可完成。在分别加入10、 20和100μL的金纳米花结构为催化剂后,以紫外可见光谱仪测定不同时刻的光谱,计算该拟一级反应的速率常数分别达到了3.53×10^(-3)、 5.27×10^(-3)和5.4×10^(-3)s^(-1),表明所制备的金纳米花结构具有优良的催化活性。

金纳米结构表面形貌对吸收-发光特性调控研究

贵金属纳米结构的光学性质是近年来微纳光学领域的研究热点之一,其中,金纳米棒表面等离激元共振局域特性,由于其易于调控,越来越受到人们的广泛关注。利用种子水热法合成制备了金纳米棒结构,通过不同温度的二次水热生长处理,改变了其表面结构形貌,实现了其表面等离激元共振吸收峰峰位的调控,并且通过进一步光致发光光谱以及时间分辨光谱的测试,分析了其形貌结构对表面等离激元与外界光场能量耦合效率的影响,这不仅对小尺寸金属纳米结构等离激元共振模式进行了初步的探索,也为后续微纳光学纳米器件的开发利用提供了理论及实验参考依据。

金纳米交叉结构的光学性质及传感特性研究

利用时域有限差分法分别模拟计算了X型金纳米结构和L型纳米天线以及由这两种结构所组成的金纳米交叉结构的消光光谱和近场分布,并研究了金纳米交叉结构对周围介质折射率变化的敏感性。研究结果表明,X型金纳米结构在入射光正入射时能激发起偶极共振模式而在斜入射时可以同时激发起偶极和四极共振模式。L型纳米天线的成键和反成键共振模式的产生可以通过改变入射光偏振方向进行控制。此外入射光偏振方向变化时在金纳米交叉结构中都可产生法诺共振效应,由于激发起法诺共振效应,金纳米交叉结构的光谱线型更加精细,传感质量因子可达到12.5,这些结果可指导金纳米交叉结构作为纳米光子器件用于生物传感方面。

基于聚苯乙烯模板的金纳米碗结构的制备及二次电子发射特性

降低金属微波部件二次电子发射系数(SEY)是提高其微放电阈值的常用方法,以二维聚苯乙烯(PS)胶体晶体为模板、二氧化钛(TiO_(2))为过渡层,采用电化学沉积法在镀银铝合金表面制备金纳米碗结构涂层,利用金纳米碗结构吸收和捕获二次电子,降低表面二次电子发射系数。结果表明:当镀金液中亚硫酸钠(Na_(2)SO_(3))浓度为140 g/L、乙二胺四乙酸二钠(Na_(2)EDTA)浓度为5 g/L、氯金酸(HAuCl_(4))浓度为10 g/L、沉积时间为60 min时,金纳米碗结构涂层的二次电子发射系数最大值为1.62,与初始镀银铝合金样片相比,其SEY最大值降低了26.4%。本研究为抑制微放电效应提供了一种新的表面处理方法。

基于金纳米结构的光谱探针在传感器中的应用

近年来,金纳米结构因为具有高比表面积、表面易于修饰、优良的生物相容性以及表面等离子体共振等独特性质而备受研究者们的青睐,基于金纳米结构独特的光学特性,可以作为优良的光学探针应用于化学和生物传感。为了更好的了解金纳米结构在现代科学中的重要作用,总结金纳米结构在传感器中的应用十分必要,因此本文主要综述了近几年金纳米结构作为光学探针在生物和化学传感方面的应用,并对金纳米结构未来的发展前景进行了展望。

氧化腐蚀法平滑金纳米结构粗糙表面

微加工技术为构建基于金属纳米结构的表面等离激元光学器件提供了有效手段.然而,由微加工制得的金属纳米结构表面往往粗糙不平,这限制了纳米光学器件的功能和品质.本文基于缓慢氧化腐蚀提出一种可有效平滑金纳米结构粗糙表面的方法.通过对聚焦离子束刻蚀得到的金纳米带(nanobelt)光滑前后的光传播特性进行测量比较,证明了光滑表面有利于表面等离激元的传播.这些结果表明缓慢氧化腐蚀平滑法可用于大幅提高微加工金属纳米结构的表面等离激元光学特性,对于纳米光子器件的制造及优化具有重要意义.

金纳米棒复合结构中的双重法诺共振效应

应用时域有限差分法(FDTD)模拟计算了由金纳米棒和偶极纳米天线构成的复合结构的消光光谱、近场增强和电荷分布。研究结果表明,在金纳米棒复合结构中能够产生双重法诺共振效应现象,并且在不同的法诺共振光谱位置处,能在不同的偶极纳米天线中产生很强的电磁场增强。此外,通过改变纳米棒复合结构中偶极纳米天线与金纳米棒的间距,以及偶极纳米天线中纳米棒的间距和长度大小,可以对法诺共振的调制深度和光谱位置进行大范围调谐。这些结果为理解金纳米棒复合结构中法诺共振效应的光学性质及纳米棒间的耦合作用提供了帮助,将金纳米棒复合结构用于微纳电子器件的优化设计,以满足其在光信息控制处理、多波段生物传感及表面增强喇曼散射等方面的应用。

金-银复合微纳结构制备及高灵敏度表面增强拉曼散射检测

表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)是一种快速且灵敏度高的分子检测技术。拥有高灵敏的、均匀的拉曼信号是光谱技术的必要因素,同时拉曼衬底结构通常也面临复杂的工艺和高昂的成本。为了实现高性能SERS,本文采用多层金-银(Au-Ag)交替沉积、退火和脱合金技术制备多孔Au-Ag复合纳米结构,该方法能用于大面积制备,且制备工艺简便。通过在合适的温度下退火,可以在Au-Ag复合纳米结构表面形成大量纳米孔。这些纳米孔可以牢固地分布在表面形成热点。利用时域有限差分(Finite-difference Time-domain,FDTD)法模拟电场分布,结果表明在Au-Ag复合纳米结构表面可以产生极大的局域场增强效果。实验结果表明SERS检测具有良好的均匀性和高灵敏度。SERS基底检测罗丹明6G(Rhodamine 6G,R6G)分子的增强因子达到2.4×10~5,相对标准偏差(Relative Standard Deviation,RSD)低至6.9%,对R6G分子的最低检测浓度可达10^(-11) mol/L。所提出的Au-Ag复合纳米结构及其制备工艺在制备高灵敏度的、高均匀性的SERS基底方面具有很大的潜力。

金纳米核-壳结构(Au@SiO_(2))对铕元素的发光增强机制研究

为了增强稀土有机薄膜的发光效果,在制备稀土发光薄膜过程中引入了金纳米核-壳结构(Au@SiO_(2)).利用滴铸法将不同浓度的Au@SiO_(2)滴在石英片上;利用旋涂法将Eu(dbm)_(3)phen.聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA):CH_(2)Cl_(2)混合溶液旋涂在石英片上,制备成薄膜样品.通过对薄膜样品的性能表征后发现:引入Au@SiO_(2)后可增强薄膜的发光强度;激发和发光增强因子最大分别为279.1%和222.9%,同时延长了薄膜样品的荧光寿命.将Au@SiO_(2)引入稀土发光薄膜的制备过程中,能够有效地提升薄膜的发光性能,应用潜力较好.

基于锯齿型graphene条带的金纳米结构

采用分子动力学Materials Explore软件模拟了随机分布的不同原子数密度(σ)的金原子吸附到锯齿型graphene条带表面形成新型复合纳米结构的生长过程。研究表明:将模拟体系从298K弛豫平衡模拟并退火至0K,当<<σ72.130时形成无序的金纳米颗粒,<<32.1472.13σ时形成部分区段呈现螺旋状有序的金纳米线,σ>32.14时形成多层有序的金纳米层结构。当将各种模拟结构逐步升温至1000K,再以不同退火率退火至300K时,发现σ>32.14时形成类面心立方的金晶体结构。

金纳米结构等离激元强度的影响因素

等离激元具有超衍射极限汇聚,极高的近场增强强度等特点,受到广泛的关注并应用。纳米结构中等离激元的近场分布与近场强度在很大程度上影响着等离激元器件的作用效果与范围。本文研究金Bowtie纳米结构表面等离激元强度与多种控制因素之间的关系,通过对不同控制因素作用下纳米结构等离激元近场强度的模拟,更好地调控结构等离激元近场强度,促进等离激元纳米结构的发展。

银纳米立方体/PE/金膜三明治结构增强荧光的性能研究

构建了银纳米立方体/PE/金膜三明治结构用于拉曼检测,由于这种结构的场增强特性,一般认为它用于荧光增强也能有较好的性能,在实际测试中发现两者并不完全相同,主要是由于物质分子与纳米颗粒靠近时有荧光猝灭现象。为了尽可能消除荧光猝灭现象,探究场增强基底最强荧光增强能力,更改了中间层的厚度和物质分子在中间层的位置,获得最强荧光增强光谱。这种能够使荧光增强的结构对研究下一代纳米光子学器件在荧光检测上的应用有启示意义;同时,也为开发具有更强大检测功能的拉曼-荧光双检测器提供可参照的模板。

基于纳米金Core-satellites等离子体耦合增强效应的汞离子光纤传感器的研究

以DNA杂交双链为联接,构建纳米金颗粒Core-satellites结构并激发等离子体耦合增强效应,利用Hg^(2+)可与DNA中胸腺嘧啶T形成T-Hg^(2+)-T特异性结构,研制了用于检测水中Hg^(2+)的局域等离子体共振(LSPR)光纤传感器。待测溶液中的Hg^(2+)能够引起富含T的DNA单链折叠,抑制DNA杂交反应,降低等离子体耦合强度,改变LSPR谐振波长。通过检测谐振波长红移变化,实现对Hg^(2+)浓度的定量检测。本方法检测Hg^(2+)的线性范围为5~150 nmol/L,检出限为3.4 nmol/L(3σ)。Zn^(2+)、Mg^(2+)、Pb^(2+)等重金属离子对Hg^(2+)检测无明显干扰作用。实际水样中Hg^(2+)加样回收率为94.2%~105.4%,相对标准偏差<4.8%。

具有温度响应壳层的金纳米粒子的制备

利用可逆-加成断裂链转移聚合得到全亲水性的嵌段共聚物[聚(N-异丙基丙烯酰胺)-嵌段-聚(氧化乙烯)](PEO-b-PNIPAM),通过"grafting to"使其接枝到金纳米粒子表面.通过透射电子显微镜、紫外-可见吸收光谱、能谱分析及动态光散射研究了杂化的金纳米粒子的壳层结构及温度响应行为.实验结果表明,得到核壳结构的金纳米粒子,同时其壳层具有温度响应行为.随着温度的升高,其流体力学半径略有减小.在整个升温过程中,由于外层PEO链段的抑制作用,没有发生粒子间的聚集.

六角星形Ag纳米结构的光学及传感特性

本文用时域有限差分法研究了六角星形Ag纳米结构的消光光谱及其传感特性。计算结果表明,随着顶角角度从20°逐渐增大到140°,六角星形Ag纳米结构消光光谱峰值波长出现蓝移现象,并且强度逐渐减弱。折射率灵敏度受顶角角度影响变化很大,但角度变化对消光光谱的半高全宽的影响较小,品质因数主要受折射率灵敏度的影响在30°时最大。对于实验中顶角钝化的情况,本文分析发现,顶角钝化程度对其消光光谱也有一定影响,品质因数会随着顶角钝化的增加而减小,传感特性减弱。

杂化模式二聚体结构光电子发射研究

基于金属纳米结构中的等离激元效应可以将周围电场局域在纳米级空间尺度范围中,并且有着出色的电场增强的能力,在增强光传导效应、提高超快电子源亮度、提升太阳能电池转化效率等方面都有着出色的潜力。本文使用非对称金纳米二聚体结构进行模拟,对等离激元杂化模式对光电子发射进行研究,发现金纳米短棒占据二聚体结构场增强的主导,当二聚体结构呈成键模式,短棒的Ez分量要强于长棒,反键模式中长棒的Ez分量要超过短棒,并将金纳米二聚体结构的间隙增加至200 nm时,在双棒的耦合作用足够小的情况下,分别对二者的近场进行研究,发现金纳米长棒中的Ez/E约是短棒的4倍左右,金纳米长棒的光电子产额是短棒的十倍左右。