关键词： Ag纳米颗粒   NaYF4∶Yb3+/Er3+   光致发光  

摘要： 利用水热法制备了Yb3+,Er3+共掺杂NaYF4上转换发光材料。在实验中引入Ag纳米溶胶,研究了Ag纳米颗粒对NaYF4∶Yb3+/Er3+上转换发光材料结构、形貌和光学性质的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及荧光光谱仪对样品的结构、形貌和光学性能进行了研究。结果表明,生成NaYF4∶Yb3+/Er3+反应前加入Ag纳米颗粒可使NaYF4∶Yb3+/Er3+粉末的衍射峰强度增强;生成NaYF4∶Yb3+/Er3+反应后加入Ag纳米颗粒会使六方相样品部分转变成立方相。生成NaYF4∶Yb3+/Er3+发光材料前引入Ag纳米溶胶可以大大提升晶体的结晶质量;生成NaYF4∶Yb3+/Er3+发光材料后引入Ag纳米溶胶,原有六棱柱直径变小,产物有新的球状晶体生成。生成NaYF4∶Yb3+/Er3+反应前加入Ag纳米颗粒,可使NaYF4∶Yb3+/Er3+上转换材料的发光强度显著增强,与未掺杂Ag纳米颗粒相比发光强度增加约36%。

关键词： Sn3.5Ag0.5Cu纳米钎料   烧结   界面结构   剪切强度  

摘要： 采用液相法在室温下合成了直径为10 nm以下的Sn3.5Ag0.5Cu纳米颗粒,并采用SEM,TEM,XRD及EDS表征其形貌、结构、物相及元素组成特征,研究了不同温度和时间烧结时纳米颗粒的尺寸变化,测试了经过不同压力钎焊后的Cu/纳米钎料/Cu的三明治结构的剪切强度.结果表明:10 nm以下的纳米钎料颗粒呈现颈缩团聚的趋势;烧结温度越高,纳米颗粒的颈缩团聚越明显,整个过程发生越迅速;在230℃可以实现钎焊,低于传统微米尺度的Sn3.5Ag0.5Cu钎料的温度(250℃左右),且钎焊界面强度受钎焊压力影响较大,当压力为10 N时,三明治结构的剪切强度达到最大,为14.2 MPa.钎焊键合过程为首先通过纳米颗粒颈缩团聚减少气孔,随着温度的升高,熔化的钎料与固态母材之间的溶解扩散过程形成牢固的冶金连接.

关键词： TiO2纳米管   无酶葡萄糖传感器   Ag纳米颗粒   Ag&Pt中空纳米颗粒  

摘要： 血糖监测在食品、医药和生物科学领域内都具有重要的意义,对于糖尿病患者来说更为重要,精准、快速的血检测可以有效地预防和治疗糖尿病,从而减缓病患的痛楚。电化学酶葡萄糖传感器具有灵敏度高、响应速度快等特点,是目前临床检测葡萄糖的重要方法。然而,葡萄糖氧化酶在固定化过程中容易失活变性,导致传感器的稳定性差,致使实际应用受到较大的限制,故新型无酶葡萄糖传感器的发展为糖尿病患者的精确血糖监测提供了新思路。无酶葡萄糖传感器通过在电极表面直接催化氧化葡萄糖分子进而检测其浓度而避免了上述酶传感器的不足。构建具有高电催化氧化活性的电极是无酶葡萄糖传感器的关键,纳米材料具有较大的比表面积和较多的活性位点,能够有效地提高电子转移速率以及催化氧化活性而被广泛用于修饰传感器的电极,这些纳米结构通常包括纳米管、纳米线、纳米花、纳米颗粒以及多空纳米结构等。本文采用阳极氧化法制备Ti O2纳米管,并通过原位还原法将纳米银颗粒沉降在纳米管当中,将该修饰电极(Ag-Ti O2/（500o C）)用于葡萄糖检测。通过扫描电镜图片可知,Ti O2纳米管的长度和管径大概为1.2μm和170 nm,纳米银颗粒附着在管壁及管径当中,退火后的Ti O2纳米管能够沉积更多的纳米银颗粒。电化学测试结果可知,Ag-Ti O2/（500o C）纳米管电极具备很好的电催化氧化活性,构建的传感器对葡萄糖的线性检测范围为20 m M90 m M,相关系数为0.993时,选择灵敏度为3.69m A*cm-2*m M-1,最低检测限为24μM（S/N=3）,此外该传感器电极还具备很好的稳定性、选择性、重复性和重现性。双金属纳米复合材料由于同时具备两种金属的性质,并且相互补充而具有协同效应。协同效应又包括电子效应和几何效应,电子效应使电子传递速率增快,几何效应使比表面积增大,从而材料的导电性能和催化性能得到较大地提升,因而近年来受到了广泛的关注。本文通过电流置换法将Ag-Ti O2/（500℃）中银纳米颗粒置换为中空Ag-Pt纳米颗粒,得到Ag&Pt-Ti O2/（500℃）电极,通过SEM可以看到纳米铂颗粒,并且修饰电极表面变得更加粗糙,TEM证实了中空结构的形成。电化学测试表明以Ag&Pt-Ti O2/（500℃）电极构建的无酶葡萄糖传感器对葡萄糖有更好的氧化活性,检测范围为30 m M10 m M,其中相关系数为0.993时,灵敏度为4.73 m A*cm-2*m M-1,最低检测限为19μM（S/N=3）,相比于未置换Pt的Ag-Ti O2/（500℃）纳米管电极,对葡萄糖产生的峰电流和选择灵敏度都有了明显提高,线性范围也有所延长。此外,该传感器对Cl离子具有一定的抗干扰作用,并具有很好的稳定性和选择性,为无酶传感器的实际应用提供了一条新的途径。

关键词： 环境污染   银纳米颗粒   氧化亚铜   制备工艺   核壳结构   空心结构   光催化性能  

摘要： 近年来，随着科技的发展和人们生活水平的提高，人类排放的污染物逐渐增加，导致人类赖以生存的环境每况愈下。治理和净化环境，还原绿水青山成为当前人类面临的一大难题，光催化技术的出现为解决这一难题提供了可能。纳米材料独特的优势使其降解污染物的能力比体材料高得多，因而纳米材料光催化得到研究者的广泛关注。目前在光催化应用中，研究较多的材料为纳米TiO2，但TiO2材料带隙较宽，不能充分利用太阳光中的可见光和近红外光，因此制备能充分利用太阳光的新型纳米材料是光催化研究领域急需解决的问题。　　本文采用化学液相合成法，成功制备了核壳型Ag@Cu2O金属-半导体纳米颗粒和空心Cu2O纳米颗粒，并对两种纳米颗粒的组分、形貌及吸收光谱进行了详细表征。在可见-近红外光照射下，将两种纳米材料用于光催化降解甲基橙，探讨了材料的光催化机理，研究了空心Cu2O纳米颗粒在光催化后的变化。　　通过调控Ag核或Cu2O壳层的厚度，获得了平均尺寸在53-94nm的核壳型Ag@Cu2O金属-半导体纳米颗粒。Ag核较强的局域表面等离子体效应和Cu2O在可见-近红外区域较大的介电常数，导致Ag@Cu2O纳米颗粒的吸收峰位于可见光区域（~560nm），使得吸收峰在可见光范围内可以进行调谐。在可见-近红外灯照射下，Ag@Cu2O纳米颗粒对甲基橙呈现出高效的降解效果，在光照150min后，催化效率为83%，计算表观一阶动力学常数为0.0038min-1。依据能带理论解释了Ag@Cu2O纳米颗粒的光催化机理。由于Ag核的电子汇效应导致光诱导产生的电子-空穴对复合几率减少，Ag@Cu2O纳米颗粒的紫外可见吸收谱与可见-近红外灯的发射谱具有较好的重叠以及Cu2O多孔壳层上丰富的催化活性点等优势，使得Ag@Cu2O纳米颗粒具有较高的光催化性能。　　采用两步加入还原剂的方法制备空心Cu2O纳米颗粒，通过改变还原剂用量调控空心Cu2O纳米颗粒的尺寸。吸附实验结果表明，0.7g/L的空心Cu2O纳米颗粒与10mg/L50ml的甲基橙溶液在黑暗条件下2h达到吸附平衡，吸附率高达90%。STEMmapping显示空心Cu2O纳米颗粒的内外表面及壳层内部均吸附了甲基橙分子，表明这种多孔空心Cu2O纳米颗粒有丰富的吸附中心，因而具有高效的吸附性能，这为后期光照下降解甲基橙奠定了基础。　　在不同尺寸和不同浓度的空心Cu2O纳米颗粒的光催化实验中发现，经可见-近红外灯照射150min后，空心Cu2O纳米颗粒的催化效率最高达到96%。STEMmapping结果表明，光催化后甲基橙分子几乎完全被降解。FTIR结果显示，甲基橙分子经光催化反应后，其中的N=N双键、C-S单键、S=O双键和苯环上的C=C双键、C-C单键断裂。这一结果表明空心Cu2O纳米颗粒是一种高效太阳光照射的光催化剂。　　进一步实验发现，光催化后的空心Cu2O纳米颗粒结构发生了变化，颗粒周围产生了大量纳米片，XRD、HRTEM以及STEMmapping结果显示纳米片的成分是Cu2O。黑暗中空心Cu2O纳米颗粒吸附甲基橙及纯净的Cu2O纳米颗粒光照150min后也产生了少量的纳米片。对照实验说明，纳米片的产生与光催化过程有关。光催化过程中空心Cu2O纳米颗粒的成分没有发生变化。纳米片可能是由于空心Cu2O纳米颗粒经光照及与甲基橙作用后散落的空心Cu2O纳米颗粒碎片。

关键词： 合金纳米胶体颗粒   单光束Z扫描技术   非线性光学  

摘要： 本文采用液相化学还原法制备了浓度分别为0.66mM/L、1.32mM/L、1.98mM/L的AgRh(以元素的摩尔比命名,下同)胶体纳米颗粒,并进一步制备了浓度为0.66mM/L的不同元素摩尔比的AgRh/AgRh/AgRh胶体纳米颗粒,实验中使用的保护剂和还原剂分别为PVP(聚乙烯吡咯烷铜)和KBH(硼氢化钾)溶液。随后,采用紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和透射电镜对上述样品的微观结构进行了表征,进一步采用HR-TEM对纳米颗粒的晶格条纹和衍射面进行了分析。采用Z扫描技术对其三阶非线性光学性质进行了测试,分析了浓度、元素摩尔比、激光功率等对材料的非线性折射的影响规律和变化原因。希望能为光限幅材料的制造、工艺优化和提高产品质量提供理论依据与指导。具体内容如下:紫外可见吸收光谱(UV-Vis)研究了胶体合金纳米颗粒的光学吸收性质,证明了实验合成的物质并不是Ag和Rh纳米颗粒的机械混合,并且随浓度的增加,其吸收峰位基本保持不变且吸收强度随之增大;透射电镜和场发射高分辨电子显微镜(HR-TEM)用来观察胶体颗粒的生长状况、以及浓度对颗粒尺寸的影响;飞秒激光单光束Z扫描研究了合金纳米胶体的非线性折射性质,分析了不同的浓度、元素摩尔比、激光功率对样品的非线性折射系数的影响,并阐述了相关机理,实验结果显示样品在本实验条件下非线性折射系数为负,是一种自散焦材料。

关键词： ZnSe   表面等离子体共振   太阳能电池   光电探测器   光电子器件  

摘要： 硒化锌（ZnSe）是一种重要的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带半导体,禁带宽度Eg=2.7 eV,其在光电探测、光伏以及发光器件方面均具有重要的应用。此外,硅（Si）是目前的支柱材料,但是其在光电子器件方面的研究受限。因此,提高ZnSe和Si异质结的性能具有重要的研究意义。贵金属纳米金属颗粒的局域表面等离子体共振（LSPR）在很多方面引起了注意,可以很好的提高光捕获的能力,这样的特性对于提高纳米结构的光电子器件的性能非常重要,使纳米颗粒在光捕获和吸收方面拥有潜在的优势。本文通过溶液法对ZnSe纳米带进行银（Ag）纳米颗粒的修饰,利用其表面等离子体共振增加ZnSe纳米带对光的吸收,进而实现提升异质结器件的效果,使其更加适合光电器件的制备。具体成果如下：1、以Sb为掺杂源,通过热蒸发方法成功合成了p型ZnSe:Sb纳米带。获得的纳米带为单晶闪锌矿结构,形貌均匀,符合所需的要求。2、通过Lee-Meisel方法成功制备了不同大小的Ag纳米颗粒,分别为39 nm、48 nm和64nm。随着纳米颗粒尺寸的增加,峰值逐渐红移。当不同大小纳米颗粒混合后,相比单一纳米颗粒的峰值红移。3、将Ag纳米颗粒修饰到ZnSe纳米带上,可知LSPR的作用使得纳米带的吸收增强,为光电器件性能的提高打下良好的基础。4、成功制备了ZnSe和Si异质结器件,研究不同器件的光电性能。根据实验结果可知,修饰Ag纳米颗粒后,器件性能明显提高。而且,修饰39+64 nm的器件的性能最好。ZnSe和Si异质结太阳能电池的短路电流密度提高了57.6%,从没修饰Ag纳米颗粒的11.75提高到了18.52 mA/cm2.另外,异质结的响应度和探测率分别从117.2 mA/cm2增加到184.8 mA/cm2,5.86×1011 cmHz1/2W-1增加到9.20×1011 cmHz1/2W-1。

关键词： 磁纳米颗粒   分子间裂分G-四链体   比色分析   Ag+   半胱氨酸  

摘要： 以磁纳米颗粒为固定DNA探针的固相载体,发展了一种基于分子间裂分G-四链体-血红素DNA酶的Ag~+和半胱氨酸传感器。当磁纳米颗粒表面DNA二聚体中富鸟嘌呤(G)序列与Ag~+结合时,Ag~+可有效地阻止碱基G之间Hoogsteen氢键的形成,破坏G-四链体结构。而半胱氨酸存在时,巯基与Ag~+之间相互作用,将Ag~+从碱基G上取代下来,促进G-四链体的重新形成,显示出类过氧化物酶的催化活性,催化2,2’-连氮基-双-(3-乙基苯并二氢噻挫啉-6-磺酸(ABTS)-HO反应体系的显色反应。本方法可以直接通过磁分离从样品中将检测探针与复杂体系中的干扰组分分离,有效提高了灵敏度,降低了背景信号,实现了实际样品中Ag~+和半胱氨酸的快速、灵敏、特异的比色分析。在最优条件下,Ag~+的线性检测范围为0.5~100 nmol/L,检出限为0.2 nmol/L;对半胱氨酸的线性检测范围为0.1~80 nmol/L,检出限为0.04 nmol/L。

关键词： Ag2S/Ag Janus纳米颗粒   可控还原合成   二硫代氨基甲酸银  

摘要： “两面神”纳米颗粒(Janus nanopaticle),将两种不同结构、组分的材料组合起来,不仅具备各材料组分的结构性能,而且有望实现不同材料结构性能的互补和耦合,展现出单一材料所不具有的优异性能,得到广泛的研究与应用。Ag2S半导体纳米颗粒由于其禁带宽度和吸收系数相对较大,具有近红外荧光(NIR-FL)信号,在活体成像、生物标记、疾病诊断等方面拥有广泛的应用前景。贵金属Ag纳米颗粒,具有光催化性能和等离子体子耦合效应等,是一种重要的贵金属纳米材料。本论文以二硫代氨基甲酸银为单一前体,通过控制合成过程中还原性表面活性剂十八胺(ODA)的量,发展了一步合成Ag2S/Ag Janus纳米颗粒的方法,并进一步探讨了这种可控还原性一步合成方法的合成机理,以及制备得到的Ag2S/Ag Janus纳米颗粒的光学性能、催化降解性能等。主要包括以下两个部分内容：1、以二乙基二硫代氨基甲酸银作为单元前体,通过调节表面活性剂十八胺和油酸的比例,发展了一种高温热解制备Ag2S/Ag Janus纳米颗粒的可控还原一步合成方法。当表面活性剂十八胺和油酸(OA)的摩尔比例为ODA:OA≤50:100时,合成得到的纳米材料是纯Ag2S纳米颗粒；当十八胺和油酸的摩尔比例为ODA:OA≥100:50时,合成的到的纳米材料是Ag2S/Ag Janus纳米颗粒。对合成的纳米颗粒进行了TEM (HRTEM)、EDS和XRD等性能表征。结果表明,杂合纳米颗粒平均粒径为10.12士0.87 nm,所制备的杂合纳米颗粒是由Ag2S和Ag这两种组分构成的异质结构,晶型分别为单斜α-Ag2S和面心立方Ag。Janus颗粒的形成原因,可能是由于表面活性剂十八胺的末端存在官能团-NH3,具有一定的弱还原性,能够在高温环境下发挥弱还原剂的作用。因此,通过改变表面活性剂十八胺与油酸的比例,可以有效控制这种Ag2S/Ag Janus纳米颗粒的形成。本工作基于表面活性剂十八胺的弱还原性,由单元前体出发直接制备出Ag2S/Ag Janus纳米颗粒,方法简单、一步合成,为合成Janus纳米颗粒提供了一种新的途径。2、以二硫化碳、十八胺、硝酸银作为原料,发展了基于二硫代十八氨基甲酸银盐作为新前体,十八胺、十四胺和辛胺作为还原性表面活性剂的可控制Ag2S/Ag Janus纳米颗粒的新方法。结果表明,采用新的原料和不同的脂肪胺,均能制备出Ag2S/Ag Janus纳米颗粒；进一步说明我们提出的这种还原性可控合成技术的通用性。此外,还探讨了Ag2S/Ag Janus纳米颗粒的光学性能和催化降解性能。实验表明,Ag2S/Ag Janus纳米颗粒具有近红外发光性能,850 nm的激发光照射下,在984 nm处发出近红外荧光信号,半峰宽为44.5 nm。此外,在常温避光的条件下,Ag2S/Ag Janus纳米颗粒的对有机染料甲基蓝表现出一定的催化降解作用。当Ag2S/Ag Janus纳米颗粒溶液中加入甲基蓝后,溶液蓝色会逐渐褪去。该Ag2S/Ag Janus纳米颗粒具有多重性能,为构建多功能纳米检测平台和催化应用平台提供了可能。

关键词： 三维有序大孔材料   Ag纳米颗粒   局部表面等离子体共振耦合效应   SiO2包覆  

摘要： 稀土离子掺杂的三维有序大孔材料(3DOM)是一种在纳米尺度上的具有周期性排列结构的新型功能材料,一方面,它具有普通三维有序大孔材料的特点,比如说较高的比表面积,较高的孔隙率以及均匀地孔径分布等；另一方面,它结构上的周期性排列使之具有独特的光子带隙性质,因此它可以对稀土离子的发光在一定程度上进行调制,其被广泛的应用在高效LED、低阈值激光器、光波导器件等各个领域。但是目前来说,稀土离子掺杂的3DOM材料存在许多的表面缺陷,再加上稀土离子本身的吸收比较弱,导致其发光强度很弱,这严重限制了稀土离子掺杂3DOM的应用。因此,提高稀土离子掺杂的3DOM材料的发光强度对于其实际应用而言有着重要的作用。本论文制备了稀土离子掺杂的磷酸盐3DOM发光材料,研究了表面包覆,Li+掺杂和金属纳米颗粒的表面等离子体共振等方式增强磷酸盐3DOM材料的发光,研究其发光性质及机理。论文采用自组装模板法结合溶胶-凝胶法制备了LaPO4:Eu3+ 3DOM发光材料,研究了Ag纳米颗粒对LaPO4:Eu3+ 3DOM材料发光的影响。研究发现：Ag纳米颗粒加入到LaPO4: Eu3+3DOM材料后,样品的发光强度增强3倍,发光增强的主要原因是Ag纳米颗粒的表面等离子体耦合共振效应增强其激发效率引起的。研究了SiO2包覆层对LaPO4:Eu3+3DOM材料发光性质的影响,研究证实：当LaPO4:Eu3+3DOM材料表面被SiO2层包覆以后,其样品发光强度最大增强了3倍,发光增强原因是SiO2包覆层对LaPO4:Eu3+样品的表面猝灭效应的抑制作用引起的。研究了Ag纳米颗粒和SiO2包覆对LaPO4:Eu3+3DOM材料发光的影响,研究发现通过SiO2包覆和Ag纳米颗粒的协同作用LaPO4:Eu3+3DOM材料发光增强7倍。探讨了Li+掺杂对LaPO4:Eu3+3DOM材料发光的影响,通过Li+掺杂对样品晶体场的调控使其发射强度增强17倍。论文制备了YbPO4:Er3+3DOM上转换发光材料,研究了Ag纳米颗粒及表面包覆对YbPO4:Er3+3DOM材料上转换发光的影响。Ag纳米颗粒加入到YbPO4:Er3+3DOM材料后,样品的上转换发光强度最大增强6倍。探讨了SiO2包覆和不同浓度的Ag纳米颗粒对YbPO4:Er3+3DOM材料上转换发光的影响。研究证实：当YbPO4:Er3+3DOM样品被SiO2包覆以后其上转换发光强度最大增强10倍；当把Ag纳米颗粒添加到SiO2包覆的YbPO4: Er3+3DOM样品后,样品的上转换发光强度可以得到了进一步的增强,最终增强高达50倍。

关键词： Ag纳米颗粒   退火模式   形貌演变   Au纳米颗粒  

摘要： 因其独特的光电性质,贵金属纳米颗粒被广泛地应用于太阳电池、发光二极管以及生物传感器等领域。众所周知,纳米颗粒的光电性质与其形貌、尺寸、介电环境、表面覆盖率等因素密切相关。因此,探索贵金属纳米颗粒形貌和尺寸的可控性制备及其性能,特别是物理法制备纳米颗粒,将对其潜在的应用有重要的科学价值。基于此,本文主要开展了Ag和Au纳米颗粒的制备、形成机理及光学性能的研究。本论文采用磁控溅射结合热处理的方法制备了Ag和Au两种贵金属纳米颗粒。重点研究了退火温度、退火方式、介质层对Ag纳米颗粒形貌和光学性能的影响。在Au纳米颗粒的制备方面,首次采用磁控溅射结合热处理的方式制备出单晶正六角Au纳米颗粒。通过研究,主要取得如下成果：1、退火模式对Ag纳米颗粒形貌有着重要影响。原位退火后的Ag纳米颗粒的粒径分布范围较宽,且存在大量粒径小于50 nm的Ag纳米颗粒；而快速热退火后的纳米颗粒尺寸分布相对均匀,呈现出高斯分布的特点。2、原位退火和快速热退火模式下,Ag薄膜的形貌演变遵循不同的机理。采用原位退火和快速热退火方式分别对9 nm厚的Ag膜在200、250、300、400℃进行退火处理。研究发现前者遵循孔洞形核理论,后者则遵从晶界成槽理论。我们认为这是由于原位退火升温速率很慢(0.33℃/min),有利于薄膜中的空位形成孔洞；而快速热退火有较高的升温速率(100℃/s),使Ag膜瞬间获得足够的能量并在晶界处断裂。3、SiO2薄膜厚度对Ag纳米颗粒的陷光性能有着重要影响。研究发现Si02层的引入,会显著改变Ag纳米颗粒的形貌,具体表现为：随着SiO2厚度的增加,Ag纳米颗粒的表面覆盖率会逐渐下降,最低为33.2%,同时平均粒径会随之逐渐上升,最高为68.98 nm。同时光学性能研究发现,引入Si02,Ag纳米颗粒的偶极消光峰会发生红移,最大红移为86.0 nml,但是消光峰的强度却将降低；相对于未引入Si02薄膜的Ag纳米颗粒而言,沉积Si02薄膜的Ag纳米颗粒散射光子数目降低了2×1018。4、采用磁控溅射结合快速热退火的方法,首次制备出了单晶正六角Au纳米柱。研究发现退火温度决定了Au纳米颗粒的形貌。在700、800℃退火温度条件下,7.5 nm的Au薄膜形成的Au纳米棒的纵横比分别为1.8、1.2,当退火温度上升到900℃时,形成了规则的单晶正六角Au纳米柱,并采用能量最低原理的热力学模型解释了不同退火温度下,Au纳米颗粒呈现不同形貌的原因。