关键词： 纳米颗粒   贵金属   硫化银   核壳结构   迁移  

摘要： 纳米颗粒具有明显区别于块体材料的新奇特性,本文利用透射电镜观察,描述并讨论一种发生在贵金属(Au、Ag、Pd和Pt)和硫化银(Ag2S)构成的核壳结构纳米颗粒中的有趣现象,即贵金属在Ag2S纳米颗粒中由内向外的迁移。迁移可在室温下进行,其最终结果使最初的核壳结构颗粒演变成由贵金属和Ag2S构成的异质纳米二聚体结构,如Au-Ag2S、Ag-Ag2S、PdAg2S和Pt-Ag2S。电镜表征表面实验条件下贵金属在Ag2S的迁移类似于一种整体迁移的模式且迁移过程中伴随着颗粒形貌结构的演变。贵金属在Ag2S中的经空位互换的扩散机制或半导体纳米颗粒的自纯化机制可以用来解释这种迁移现象。

关键词： 表面增强拉曼光谱   核壳金银纳米粒子   法莫替丁   血浆  

摘要： 该文开发了一种基于Au@Ag纳米颗粒(Au@AgNPs)快速检测法莫替丁(FMD)的表面增强拉曼光谱(SERS)方法。通过种子介导法合成了Au@AgNPs,再采用场电子发射显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和X射线衍射仪(XRD)对Au@AgNPs进行表征,以罗丹明6(RG6)为分子探针对合成的Au@AgNPs的SERS性能进行了测试。结果显示,合成的Au@AgNPs形貌均匀,具有良好的增强效果,增强因子为6.66×10^5,将其用于法莫替丁标准溶液的SERS检测,在0.5~50μmol/L范围内法莫替丁浓度的对数和1 540 cm^-1处峰强度的对数具有较好的线性关系,相关系数(r2)为0.978,检出限(LOD)为4.18×10^-8 mol/L。在同样的条件下对稀释血浆中的法莫替丁进行了SERS检测,LOD为1.11×10^-7 mol/L,加标回收率为91.6%~122%,相对标准偏差为6.6%~12%,表明该方法快速、灵敏,在生物样本检测方面具有潜在的应用价值。

关键词： 时域有限差分法   纳米颗粒   表面等离子共振   吸收光谱  

摘要： 以研究Ag纳米颗粒的等离子效应对TiO2的辐射吸收的影响为目的,建立Ag/Al2O3-TiO2复合结构膜的辐射吸收模型,基于时域有限差分法进行模拟计算,分析Ag-TiO2间距以及Ag纳米颗粒粒径这2个因素对TiO2层辐射吸收特性的影响。研究结果表明:在Ag/Al2O3-TiO2复合膜体系中Ag纳米颗粒周围的局域电场强度显著增强,复合膜中TiO2层的辐射吸收特性也得到增强,在不同波段内Ag-TiO2间距以及Ag纳米颗粒粒径这2个因素对TiO2吸收特性的影响有不同规律。

关键词： Ag掺杂二氧化锡   纳米颗粒   H2S气体检测  

摘要： 采用溶胶-凝胶法制备了纯SnO2和1.5wt%、3wt%和4.5wt%Ag-SnO2纳米颗粒样品,并采用x射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散x射线(EDAX)等分析方法对样品进行了结构、形貌和成分的表征研究。随后在特定温度、特定浓度(目标气体为硫化氢)的条件下,测试上述4种样品对H2S气体的敏感特性。结果显示,在100℃的工作温度下,3wt%Ag-SnO2对450 ppm硫化氢气体(H2S)具有良好的敏感特性。

关键词： 绿色合成   黄药子   Ag纳米颗粒   4-硝基苯酚  

摘要： 以黄药子提取液为还原剂和表面活性剂,快速制备出Ag纳米颗粒。通过紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、透射电子显微镜(TEM)和X-射线衍射(XRD)对Ag纳米颗粒的形貌、成分和微观结构进行表征、分析。结果表明,Ag纳米颗粒为类球形,粒径为20.6 nm。说明了黄药子提取液具有良好的还原性。以合成的Ag纳米颗粒作为催化剂可以在10 min内将4-硝基苯酚(4-NP)完全降解,4-NP降解的速率常数可以通过Ag纳米颗粒的添加量来调节,最大值为0.286 min^-1,说明合成的Ag纳米颗粒具有良好的光催化活性。

关键词： ZnO∶Cu纳米颗粒   Ag/ZnO异质结   高分子网络凝胶   光催化  

摘要： 采用高分子网络凝胶法制备了Ag沉积的ZnO∶Cu纳米颗粒。XRD和SEM结果表明,Cu掺入后ZnO纳米颗粒的晶粒尺寸有所减小,但颗粒分散性得到改善。XPS谱的分析表明,Cu在样品中以Cu^2+和Cu^+的形式共存。结合PL光谱分析,认为Cu^2+和Cu+间的能级跃迁是引起蓝光发射的重要因素。UV-vis光谱显示掺铜明显提高了Ag-ZnO复合体系对可见光的吸收。分别在模拟太阳光和紫外光下降解亚甲基蓝(MB),测试样品的光催化性能。分析认为,Cu离子与Ag/ZnO异质结之间的协同作用能促进光催化反应的进行,与掺5%(摩尔分数,下同)Cu的Ag-ZnO纳米颗粒相比,微量掺杂0.2%Cu的Ag-ZnO样品在形貌、光学性能等方面更具优势,因此表现出更优异的光催化活性。

关键词： Bi2Te3薄膜   硅基异质结   侧向光伏效应   光电效应  

摘要： 光电效应,是指在光照射下时材料电学性质发生变化的现象,根据不同的光照及工作方式又可分为纵向光电效应和侧向光伏效应,它们分别在光电探测器和光位置灵敏探测器中具有广泛应用和研究。Bi2Te3作为一种宽频带光电探测的理想材料,具有带隙较窄,光吸收系数强等特点,一直是科学家们在光电器件研究的热门材料之一,但是局限在传统的光电探测器中,对其侧向光伏效应及光位置灵敏探测器方面的研究和报道极少。本文以Bi2Te3/Si异质结为研究对象,系统研究了其纵向光电效应和侧向光伏效应,并且通过引入Ag纳米颗粒增强表面等离子体共振来提高其光电探测性能及侧向光伏响应特性,为该异质结在多功能光电器件的应用和研究打下坚实的基础。首先,通过磁控溅射镀膜系统在n型Si衬底上制备Bi2Te3薄膜,通过改变溅射时间,得到Bi2Te3薄膜厚度分别为10.5 nm、14 nm、28 nm、42 nm、56 nm的5个样品,对样品进行了SEM、XRD、Raman、吸收及透射光谱测试,研究了Bi2Te3薄膜厚度及激光功率变化对光电探测性能的影响。通过光响应度及探测度计算发现,样品的响应度和探测度均随激光功率的增加在减小,但强烈依赖于薄膜厚度,14 nm样品的光电响应最好,响应度达到0.135 A/W,探测度达到0.4×10～100 Jones。还研究了Bi2Te3薄膜厚度对Bi2Te3/Si结侧向光伏响应的影响,得到不同样品的位置灵敏度随激光功率增加均呈指数增长,并逐渐趋于饱和,其中10.5 nm的样品灵敏度最高,达到了135 mV/mm,且非线性度保持在10%以内。其次,在原有结构的基础上,通过磁控溅射镀膜系统在Bi2Te3/Si异质结的界面引入一层Ag纳米薄膜,构成Bi2Te3/Ag/Si结构,通过改变溅射时间制备了不同厚度的Ag纳米薄膜,分别为2.2 nm、4.4 nm、6.6 nm、8.8 nm。通过SEM观察了Ag纳米薄膜的形貌,Ag纳米薄膜是不连续的,由一颗颗不连续的Ag纳米颗粒构成,而引入Ag纳米颗粒后使入射光与Ag纳米颗粒间相互作用产生局域等离子体共振,增强了光的吸收。最后,研究了Ag纳米薄膜厚度及激光功率变化对光电探测性能的影响,得到不同Ag纳米薄膜层厚度样品的响应度和探测度仍随激光功率的增加在逐渐减小,但相对于没有Ag纳颗粒的样品,性能得到了不同程度的提高,其中Ag纳米薄膜为6.6 nm样品的光响应度及探测度最高,响应度达到0.128 A/W,比同条件下未引入Ag纳米颗粒的样品（0.075 A/W）提高了近1.7倍;探测度达到0.47×10～100 Jones,比同条件下未引入Ag纳米颗粒的样品（0.08×10～100 Jones）提高了近5.9倍。还研究了Ag纳米薄膜厚度对Bi2Te3/Si结构的侧向光伏效应的影响,发现引入银纳米颗粒同样可以提升其侧向光伏响应性能,特别是Ag纳米薄膜为6.6 nm样品的位置灵敏度最高达到了168 mV/mm,比同条件下未引入Ag纳米颗粒的样品（62 mV/mm）提高了近2.7倍,同时还降低了非线性度（2%-6%之间）。

关键词： 银-锆合金薄膜   柔性基体   退火   Ag纳米颗粒   SERS性能  

摘要： 银（Ag）纳米颗粒及银合金薄膜因具有显著的表面等离子体共振特性,已成为制备表面增强拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scattering,SERS）基底的首选材料,广泛应用到生物医学、食品安全、环境监测、材料科学等领域。如何制备出性能良好、结构均匀且价格合适的基底是SERS技术领域最为关键的研究课题之一。论文采用磁控溅射方法在三种基体上制备了Ag颗粒/Ag-Zr合金膜复合结构,将SERS灵敏度高的Ag颗粒和重复性好的Ag合金薄膜结合起来制备出性能优异的新型SERS基底。研究了膜厚、Zr含量、退火温度对颗粒形成及合金膜性能的影响,分析了薄膜表面自生长多面体纯Ag颗粒的形成机制,表征了以罗丹明（R6G）为探针分子,Ag薄膜/Ag颗粒/Ag-Zr薄膜复合结构作为SERS基底的增强效果。主要工作如下:1.采用复合靶及双靶共溅射方法在PI基体上沉积的Ag-Zr薄膜均呈现Ag（111）择优生长,XRD图谱中Ag（111）衍射峰随膜厚增加逐渐向高角度偏移,表明Ag-Zr薄膜内存在残余压应力。2.采用复合靶溅射法在PI基体上制备的沉积态Ag-Zr合金薄膜,表面平整光滑,无颗粒生长。一定温度退火后合金膜表面自生长了大量分布均匀、单分散多面体单晶Ag颗粒,颗粒尺寸范围在几十纳米到一微米之间。分析表明自生长颗粒的尺寸、数量可通过改变膜厚、Zr含量、退火温度调控。3.采用双靶共溅射法在PI基体上沉积了不同Zr含量及膜厚的Ag-Zr合金膜。室温条件下一些Ag-Zr合金膜表面自形成了大量均匀分布的单晶Ag纳米颗粒,银纳米颗粒尺寸及数量的主要影响因素为Zr含量、膜厚及退火温度。当Zr含量低于5.6%时,双靶共溅射法获得的沉积态Ag-Zr膜表面上无Ag颗粒形成,当Zr含量从5.6%增加到21.7%时,Ag-Zr膜表面颗粒数量逐渐增多,尤其是25nm厚Ag-21.7%Zr膜表面颗粒大小均等,平均粒径约为33 nm,且相邻颗粒间具有纳米级间隙,没有颗粒团聚现象。当Zr含量进一步升高达到30.1%,45 nm厚Ag-30.1%Zr薄膜表面颗粒尺寸明显减小,数量减少。4.纯Ag颗粒的形成机理:由于在退火过程中Ag晶粒和Zr晶粒抑制彼此的生长,为了降低体系能量,在应力的释放和热作用驱动下,Ag原子沿表面及晶界扩散在合金膜表面自形成了多面体纯Ag颗粒。5.薄膜表面自生长的Ag纳米颗粒与Ag-Zr膜构成了新型Ag-Zr颗粒膜,在颗粒膜表面覆盖一层超薄纯Ag薄膜可有效提高SERS性能,特别是23 nm厚260℃退火的Ag-21.78%Zr颗粒膜表面沉积一层26 nm厚Ag薄膜,可精确检测出罗丹明溶液最低浓度达到5×10-15M,增强因子达到1.1985×1014,具有十分良好的重复性。其优异的SERS活性归因于均匀分布、单分散、与薄膜结合良好的Ag纳米颗粒和狭窄的纳米级间隙所产生的大量SERS“热点”。

关键词： 超级电容器   Ag@Fe2O3   碳纳米管   滤波  

摘要： 21世纪随着社会经济的发展,人类对能源的需要越来越多。目前使用的能源大多数都是煤、石油、天然气等不可再生的化石能源,而这类能源的使用会产生严重的污染问题。为了解决这些问题,人们开始寻找新的绿色环保的可再生能源,如风能、太阳能和潮汐能等;但是这类能源存在时间歇性。为了有效利用这些新能源,则需要大量的储能器件及系统。超级电容器作为一种新型的高性能储能器件,具有功率密度大、使用寿命长和应用范围广等优点,使得储能器件可以应用于更广的领域。在超级电容器的研发中,高效功能化的储能材料是器件研究及其应用的主要目标。本论文以具有良好柔韧性的碳布为超级电容器器件的基底,分别设计了两种具有良好性能的超级电容器材料,并对其形貌表征、电化学测试、离子输运机理和滤波性能进行了研究,主要内容如下:1在碳布上生长的Ag改性Fe2O3（Ag@Fe2O3）纳米颗粒作为高性能超级电容器的阳极材料铁基材料是一种有潜力的超级电容器阳极材料,然而,其导电性和循环稳定性差限制了它的发展。因此,如何提高铁基材料的导电性和循环稳定性是研究的关键问题。本文以碳布为基底,同时碳布既作为集流器,在电化学测试和实际应用中支撑电极材料,避免活性材料的脱落造成电容器容量的衰减。成功在碳布基地合成了Ag@Fe2O3纳米粒子,并将其作为超级电容器的阳极材料;所获得的柔性超级电容器材料在电化学循环过程中表现出了优异的电化学性能,在扫描速率为5m V s-1的情况下,其比电容达到7.34 F cm-2(1931.70 F g-1),经过12000次循环后,仍保持83%的比电容值。功率密度为131.6 W kg-1时能量密度为379.8 Wh kg-1;功率密度为2631.6 W kg-1时能量密度为123.9 Wh kg-1。利用密度泛函理论计算了Ag/Fe2O3电导率和界面效应,从理论上证明Ag@Fe2O3纳米颗粒的电化学性能增强机理。此外,封装后的非对称超级电容器（ASC）器件具有灵活性,可以点亮10个发光二极管2分30秒。在1063.8 W kg-1的功率密度下,其能量密度可以达到60.3 Wh kg-1;在4255.3 W kg-1的功率密度下,其能量密度也可以保持在16 Wh kg-1。结果表明,Ag@Fe2O3材料具有在能量存储中应用的潜力,柔性ASC有望应用于可穿戴柔性设备中。2氮掺杂的碳纳米管制成的超级电容器实现滤波电路中高性能的滤波电容。滤波电路元件是现代电子电路中不可或缺的组件,而滤波电容又是滤波电路的核心部件。传统的滤波电容多使用铝电解电容器,然而铝电解电容器存在比电容小、误差大和稳定性差等缺点。本文通过氮掺杂的碳纳米管制成的超级电容器,运用于滤波电路。该超级电容器在在2 A g-1的电流密度条件下,达到了30.2 F g-1的比电容。当功率密度为1800 W kg-1时,能量密度为48.96 Wh kg-1,即使功率密度为9000 W kg-1时,也能保持在31.5 Wh kg-1。将其用于滤波电路的电容,可以将任意波形的信号转换成线性信号。其滤波效果非常理想,输出信号的最大波动都不超过16 m V。并且可以在1～100000 Hz的频率范围及0～10 V的振幅窗口内稳定的工作。研究结果表明,该滤波电容可以大大提高整个电子电路的稳定性并且大大的延长电子电路的使用寿命,也更加地能满足高端电子产品的需求。

关键词： 纳米颗粒   胞外聚合物   团聚   溶液性质   影响机制  

摘要： 由于纳米技术行业的快速发展,对工程纳米颗粒（ENP）的关注日益增加。由于纳米颗粒尺寸小和传递有毒物质的能力高,其在环境中的迁移非常重要。工程纳米颗粒可以通过洗涤废水和工业废水等途径进入到污水处理厂,而污水处理厂中的生物处理单元中有着含量丰富的胞外聚合物（EPS）,其覆盖在微生物聚集体细胞的表面和内部,因此EPS与纳米颗粒间的相互作用不可避免。纳米颗粒的团聚是影响其尺寸、输送、归宿、生物利用度和生物学行为的重要因素。考虑到纳米颗粒团聚行为的重要性和EPS的丰富性,有必要探究污泥EPS对纳米颗粒团聚动力学的影响及其机制。论文以典型带正电工程纳米颗粒二氧化铈纳米颗粒（CeO2 NPs）和典型带负电工程纳米颗粒柠檬酸钠包埋的银纳米颗粒（Cit-Ag NPs）及其转化颗粒硫化银纳米颗粒（Ag2S NPs）为研究对象,分别探究了三种纳米颗粒在常见盐溶液中的团聚行为,并重点考察了常见环境因素（离子强度、离子价态、和污水处理系统中丰富的污泥胞外聚合物）对其团聚动力学的影响,并通过建立理论模型探讨了不同纳米颗粒的团聚特性及其与EPS之间的相互作用机制。首先以CeO2 NPs为代表性带正电的纳米金属氧化物,探索了阴离子强度、价态和污泥胞外聚合物及其种类（B-EPS,LB-EPS,TB-EPS）对CeO2 NPs团聚动力学的影响机制。结果表明,含一价阴离子盐溶液中,CeO2 NPs的团聚行为基本符合经典DLVO理论,其在Na NO3溶液中的临界团聚浓度为25 m M。Na2SO4溶液中,CeO2 NPs的团聚行为也基本符合经典DLVO理论,但出现了一个再稳定化的过程:随着溶液浓度增加,其团聚速率先加快后减小再加快,最后基本不变,因此其在Na2SO4溶液中的不存在临界团聚浓度为。SO42-离子对团聚的促进强于NO3-离子,这也与霍夫梅斯特序列一致。分别加入B-EPS,LB-EPS,TB-EPS三种EPS后,CeO2NPs的团聚被抑制。EDLVO作用能的计算证实了空间位阻在EPS在稳定CeO2 NPs的过程中起到了关键的作用,这可能是由于EPS在纳米颗粒表面的吸附。并且,TB-EPS表现出最强的稳定CeO2 NPs的能力,其次是B-EPS,最后是LB-EPS,证明EPS种类不同,其对纳米颗粒团聚的影响不同。论文还以带负电的常见工程纳米颗粒Cit-Ag NPs及Ag2S NPs为研究对象,探索了阳离子强度、阳离子价态和污泥胞外聚合物及其成分（胞外多糖和胞外蛋白质）对Cit-Ag纳米颗粒及Ag2S纳米颗粒团聚行为的影响。结果表明,在一定范围内,离子强度越大,其对Cit-Ag纳米颗粒及Ag2S纳米颗粒的团聚促进越强。并且,含一价阳离子或二价阳离子的盐溶液中,Cit-Ag NPs及Ag2S NPs的团聚行为基本符合经典DLVO理论,证明静电斥力和范德华力是影响其团聚的重要作用力。Cit-Ag NPs和Ag2S NPs在Na NO3溶液中的临界团聚浓度分别为30m M和275m M,在Ca（NO3）2溶液中的临界团聚浓度分别为1.6 m M和2.5m M,说明二价阳离子对Cit-Ag NPs和Ag2S NPs团聚的促进强于一价阳离子离子。在所有实验浓度和种类的盐溶液中,Ag2S纳米颗粒的稳定性都比Cit-Ag纳米颗粒强,这可能是由于各自颗粒间范德华力的差异。在Na NO3溶液和低浓度Ca（NO3）2溶液中,EPS的加入大大增加了Cit-Ag NPs及Ag2S NPs的稳定性并抑制了其团聚,EDLVO作用能的计算证证明,这可是由于EPS吸附在纳米颗粒表面产生的空间位阻。还发现EPS对Ag2S纳米颗粒的稳定能力比对Cit-Ag纳米颗粒强,这可能是由于EPS在两种纳米颗粒表面的吸附能力差异。并且在Na NO3溶液和低浓度Ca（NO3）2溶液中,富含胞外蛋白质的的AT-EPS对两种纳米颗粒团聚的抑制作用最强,其次是B-EPS,最后是富含胞外多糖的PT-EPS,说明胞外蛋白质在抑制纳米颗粒团聚的过程中起到了重要的作用。但是,在高Ca（NO3）2浓度下,B-EPS或PT-EPS的存在可以提高Cit-Ag NPs和Ag2S NPs的聚集速率,这可能是由于溶解的胞外多糖大分子的聚集通过分子间架桥将纳米颗粒与大分子聚集体连接在一起,从而提高了纳米颗粒的团聚速率。