关键词： Ag纳米颗粒   Cu2O纳米颗粒   Cu2O@Cu2O核壳结构纳米颗粒   Ag@Cu2O核壳结构纳米颗粒   Cu2O@Cu核壳结构纳米颗粒   Ag@Cu核壳结构纳米颗粒  

摘要： 近年来，结构可控的纳米颗粒具有独特的物理化学性质，因而引起了人们的极大兴趣，并有潜在的巨大的应用前景。在各种形态中，核壳结构纳米颗粒是一类非常重要的复合型纳米材料，因为它们具有独特的结构、丰富的特性和增强能力。由于来自核和壳纳米颗粒的相互作用，核壳复合型纳米颗粒不仅展现了来自单个组份的组合特性，而且具有增强的可调谐能力，甚至出现新的协同性能。 贵金属Ag具有局域表面等离子共振特性，通常被作为金属半导体核壳结构的核。局域表面等离子体共振引起的电磁场可以穿透壳层，通过改变纳米量级壳层的厚度可以用来调控等离子共振的中心波长。 Cu及其氧化物是一种低成本、多功能材料，由于其在电子学、光伏、催化、超导、磁存储、电化学和传感等领域有优良的性能，引起了人们极大的兴趣。 本文使用抗坏血酸作为还原剂和聚乙烯吡咯烷酮作为包覆剂，采用化学液相还原合成的方法制备了Ag和Cu2O纳米颗粒。探究了PH值和包覆剂量对Ag纳米颗粒的大小、形貌、均匀度和分散度的影响。此外，还研究了立方体Cu2O纳米颗粒的制备条件，并对立方体Cu2O纳米颗粒的形成机理进行解释。 在碱性条件下，以近球形Ag和立方体Cu2O纳米颗粒为核制备了Ag@Cu2O和Cu2O@Cu2O核壳结构纳米颗粒，探索了影响Ag@Cu2O和Cu2O@Cu2O核壳结构纳米颗粒大小和形貌的因素。证明了Ag@Cu2O核壳结构纳米颗粒的光学性能是可调谐的。 在制备Ag@Cu2O和Cu2O@Cu2O核壳结构纳米颗粒的实验过程中，发现一现象。当还原剂过量时，在表面活性剂和还原剂的作用下，发现Cu2O壳在空气室温条件下转变成Cu壳，而Ag@Cu2O和Cu2O@Cu2O核壳结构纳米颗粒很容易转变成Ag@Cu和Cu2O@Cu核壳结构纳米颗粒，并对这一独特现象提出了定性的机理解释。同时，证明了Ag@Cu和Cu2O@Cu核壳结构纳米颗粒的光学性能是可调谐的。 对制备的Ag、Cu2O纳米颗粒及Ag@Cu2O、Cu2O@Cu2O、Ag@Cu和Cu2O@Cu等核壳结构纳米颗粒的形貌、大小和成分进行了表征，包括透射电子显微镜（TEM）、X-射线衍射（XRD）、紫外-可见吸收光谱（UV-VIS）等。 本文采用的制备纳米颗粒的方法对制备其他纳米颗粒及核壳结构纳米颗粒具有借鉴作用。Ag@Cu2O和Cu2O@Cu纳米颗粒显示明显的表面等离子体共振效果，有望应用于光催化、光学器件、生物医学或传感器。

关键词： 离子注入   Ni   Ag纳米颗粒   尺寸调控   表面等离子体共振   光吸收性质  

摘要： 本文利用离子注入技术将Ni、Ag离子单独地或顺次地注入到Si02中。借助紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、原子力显微镜(AFM)、掠入射X射线衍射(GXRD)和卢瑟福背散射(RBS)等检测手段对纳米颗粒的合成、热演变以及复合材料的光吸收特性作了详细的研究。主要内容及成果如下： (1)将60keV的Ni离子以不同剂量注入Si02中,剂量分别为1×1016、5×1016、1×1017/cm2。研究了Ni纳米颗粒的形成对注入剂量的依赖关系以及Ar气氛中退火的演变过程。结果表明：剂量为1×1016/cm2的样品退火前后均未能形成纳米颗粒;剂量为5×1016/cm2和1×1017/cm2的样品中形成了纳米颗粒,退火后颗粒长大,样品表面凸起(Ni NPs)高度增加,数量减少。Si02中Ni纳米颗粒的光吸收带在310～530nm,800℃后光吸收带变得明显且伴随峰位蓝移。经1000℃退火后,Ni纳米颗粒被热分解的O氧化为NiO纳米颗粒,NiO纳米颗粒的光吸收带位于300nm附近。 (2)对70keV、5×1016/cm2的Ag离子注入样品,在Ar、N2、空气三种气氛中退火。详细地研究了气氛对Ag纳米颗粒的热演变影响。Ar中退火,Ag原子向深处扩散,分布区域宽度基本不变;N2中退火,Ag原子向表面扩散,分布区域变窄。Ar、N2中700℃退火样品的光吸收强度最大。空气中退火后部分Ag被氧化生成AgO纳米颗粒,降低了样品的光吸收性能,并且Ag离子掺杂使得无定形SiO2的晶化温度降低,700℃退火时Si02开始发生晶化转变。 (3)将60keV的Ni离子和70keV的Ag离子顺次注入Si02中。Ni离子选取三种剂量分别为：1×1016、5×1016、1×1017/cm2, Ag离子剂量为5×1016/cm2。研究了先期Ni离子剂量对复合材料中纳米颗粒及其光学特性的影响。结果表明：双注入样品光吸收强度低于相同剂量的单Ag注入样品,SPR峰位随先期Ni离子剂量的增加而蓝移。复合材料中的纳米颗粒为分离的单质纳米颗粒。光吸收强度并非随Ni离子剂量单调变化,强度的变化是由于Ni离子注入影响了后期Ag注入子的沉积。

关键词： Ag纳米粒子   CdSe QDs   荧光增强效应   葡萄糖检测  

摘要： 近年来，贵金属纳米颗粒由于对其表面光电信号的增强效应被广泛的应用于分析化学、生物医学等领域。在贵金属纳米颗粒对其表面物质的荧光性质的影响研究中，既有通过等离激元共振效应实现荧光增强的，也有因为能量共振转移效应导致荧光淬灭的。通常选择量子点或有机染料作为荧光物质，研究贵金属纳米与其之间的相互作用，并以此对如生物体中一些物质或者重金属离子进行特异性分析检测。本论文基于银纳米粒子和CdSe量子点(QDs)之间的组装合成出纳米复合物，采用透射电子显微镜(TEM)、荧光光谱仪(FL)、紫外-可见分光光度计(UV-vis)和傅立叶红外光谱(FT-IR)等对所得样品进行表征和分析检测研究。主要内容包括： 1.制备了一种新颖的基于Ag纳米粒子(AgNPs)增强CdSe QDs荧光的葡萄糖探针。通过硼酸酯键，将巯基甘油修饰的AgNPs和氨基苯硼酸功能化的CdSe QDs进行组装，得到AgNPs-CdSe QDs纳米复合物。研究发现：该复合物的荧光明显增强，且发生明显的蓝移现象，在最佳条件下能比CdSe QDs的荧光强度增强9倍，这是AgNPs的表面等离子共振导致表面电磁场增强的结果。此外，由于与硼酸基团的竞争作用，葡萄糖能够取代AgNPs，引起AgNPs-CdSe量子点组装体的逐步解离，使荧光的增强效应减弱。在葡萄糖浓度为2～52mM范围内荧光强度呈线性降低，其检出下限为1.86mM。这一金属增强量子点荧光的体系在化学和生物探针方面有着潜在的应用价值。 2.基于合成的AgNPs/CdSe QDs复合物的荧光增强效应，研究其对重金属离子Cu2+的检测。该体系在Cu2+存在的条件下会发生荧光减弱甚至淬灭，主要是由于Cu2+加入后形成的CuSe颗粒溶解度较低，导致荧光强度降低。这一复合物体系对Cu2+检测具有高度的选择性，在Cu2+浓度为0～14μM范围内荧光强度呈线性降低，其检出下限为0.077μM。 3.利用可逆加成断裂链转移自由基聚合方法合成聚(N-异丙基丙烯酰胺)-b-聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PNIPAM-b-PGMA)嵌段聚合物，利用巯基乙胺稳定的CdSe QDs与PNIPAM-b-PGMA链侧基的环氧基团间的开环反应，成功制备了嵌段聚合物稳定的量子点。利用激光光散射和荧光光谱仪研究了温度对CdSe QDs尺寸以及荧光性能的影响。结果表明：随着温度升高，复合物粒径增加，量子点的荧光红移到近红外区，并且荧光发射光谱变窄且对称，稳定性增强。这是因为PNIPAM链段收缩，量子点聚集，聚合物形成一层更稳定的保护层。

关键词： 两步法制黑硅   金属辅助化学刻蚀   Ag纳米颗粒   微纳复合结构   光电转换效率   反射率  

摘要： 近几年，黑硅作为一种具备纳米陷光结构的新型半导体光电材料，由于其在可见——红外波段反射率极低，能够有效的提高电池片的转化效率，因而受到了人们的极大关注。制备黑硅的方法很多，其中金属辅助化学刻蚀法由于所需设备简单、成本低、易于整合到目前太阳能电池生产工序中而备受人们青睐。目前已有许多小组在从事金属辅助化学刻蚀方法的研究，也取得了一定的成果，但大多都采用一步法进行实验。而一步法制黑硅存在两方面的缺点：一方面，反应过程消耗大量的重金属Ag；另一方面，残留过多的金属粒子增加了后续清洗工作的负担。 本文研发的全液相两步法不仅可以与产线上现有制绒工艺很好的兼容，而且可以有效的解决一步法制黑硅的两大弊端，这在很大程度上节约了生产成本，也简化了产线上的工艺步骤，所以研究两步法制黑硅具有重要的实践意义。 首先，两步法制黑硅(TSM)是指应用控制变量法先将制绒过的硅片先放到硝酸银（催化剂）溶液中反应一定时间，再放入适当体积比的氢氟酸（刻蚀剂）和过氧化氢（氧化剂）混合溶液中反应一段时间，制备出具有纳米陷光的绒面结构，即黑硅结构。本文主要研究了三种溶液浓度以及反应时间下的硅片绒面形貌，选用扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜（OM）对其进行了表征。结果发现：不同的溶液浓度和反应时间会得到纳米线状和孔洞状两种完全不同的结构。 其次，本文通过SEM、EDX和粒径分析软件对两步法与一步法制黑硅中Ag颗粒进行了表征，结果发现：两步法消耗非常少的重金属，而且金属粒子分布很均匀，颗粒大小也有一定的规律性。因为两步法反应消耗很少Ag，后续可以很彻底的将残余的金属粒子去除干净，避免了电池片表面金属残余导致的复合。 最后，从结构上来看两步法制黑硅相当于在原来微米结构的基础上又生长了一种纳米结构，即形成了一种微纳复合结构，这样就使得硅片的反射率由原来的25%左右降低到5%左右甚至更低。选用标准8度角绒面积分式反射仪（D8反射仪）对黑硅的光学性质进行了表征，并发现确实能够获得极低的反射率。然而，这种具有极低反射率的黑硅却有很深的结构，即很大的比表面积，会大大增加表面载流子复合中心数量，导致电池片的转换效率下降。所以，我们在制完黑硅之后加了一步剥离修正，通过参数的调控可以将纳米陷光结构的深度控制在理想的范围内。本文将两步法制完的多晶黑硅电池在苏州阿特斯阳光电力科技有限公司做了流片分析，流片数据表明该类电池的平均效率为18.05%，高于产线17.52%的平均值。 综上所述，我们在实验室和产线上证实了全液相两步法金属辅助化学刻蚀制备黑硅太阳能电池的可行性，并且与一步法比较体现出了其较大优势。本文的研究内容可以在很大程度上促进我国光伏产业的发展，全液相两步法制黑硅技术存在巨大的实践应用潜力。

关键词： 上转换发光   碲酸盐玻璃   熔融法   Ag纳米颗粒   PbF2   Yb3+   Er3+   水热法  

摘要： 上转换发光材料具有将低频光转换为高频光的特殊光学性能，这一特殊性能使得上转换材料在各个领域都有广阔的应用，如上转换激光器、红外探测、生物分子鉴别、三维立体显示技术等。近些年，上转换材料在太阳能电池上的应用逐步兴起，但大多数上转换材料在太阳能电池上的应用都还处于实验阶段，未能推广应用。归其原因主要有两个方面：一方面是上转换材料本身对光能的转换效率比较低，另一方面则是欠缺上转换材料与太阳能电池结合的技术。 本论文以上述问题为前提，为了获得高效率上转换材料和易于与太阳能电池结合的上转换材料，分别制备和研究了两种不同类型的上转换材料，一种是Er3+、Yb3+掺杂的氟化物碲酸盐玻璃材料，一种是PbF2:Yb3+，Er3+晶体粉末材料。本论文对这两种材料的制备与光学性能进行了系统的研究，具体内容如下： 1、采用传统熔融法制备了不同浓度Er3+掺杂的TeO2-PbF2系统氟化物碲酸盐玻璃，经上转换光谱测试得样品的发光峰中心分别位于527nm、544nm和657nm分别对应于Er3+的不同激发态2H11/2、4S3/2和4F9/2到基态4I15/2的辐射跃迁发光。 2、采用传统熔融法成功制备了Er3+,Yb3+共掺的TeO2-PbF2系统的氟化物玻璃，并研究了掺杂不同浓度Yb3+样品的上转换发光性质。发光峰的中心分别位于527nm、544nm和657nm，分别对应Er3+相应激发态能级的辐射跃迁。当Yb3+与Er3+浓度的比值为3时获得上转换发光强度最强的样品。将该样品一面蒸镀背反射层并与非晶硅太阳电池结合应用，在AM1.5模拟太阳光和功率为400mW、波长为980nm激光共照射下测得电池效率提高了0.45%。在300mW激光照射条件下，计算得到该上转换光伏电池的最大外量子效率与内量子效率的值分别为0.27%和1.35%。 3、采用传统熔融法制备了一系列Ag-Er3+共掺杂的TeO2-PbF2系统玻璃。并以单掺杂Er3+的样品作为参比样品，分析了退火处理后Ag纳米颗粒的形成对玻璃材料的结构、吸收光谱、上转换发光强度等性质的影响。测试分析发现，实验样品与参比样品的发光峰位置基本一致，这是由于上转换发光光谱的发光峰位通常是由稀土离子以及基质材料决定的。对上述样品进行退火处理，当退火处理时间较短时实验样品的绿光强度由于银纳米颗粒吸收而减弱，当退火处理时间超过6h以后，由于Ag纳米颗粒的局域场效应使得实验样品的红光和绿光的强度增强。 4、采用水热法制备了PbF2:Yb3+,Er3+纳米晶体材料，研究了稀土离子Yb3+的掺杂浓度、退火温度以及退火时间对材料上转换发光性能的影响。随着Yb3+浓度的增加，晶体的晶相由正交相与立方相的混合相逐渐变为单一的立方相。此条件下制备出的不同掺杂浓度样品的上转换发光强度都很弱。对样品进行退火处理，晶粒尺寸增大，上转换发光强度显著增强。将退火后上转换发光强度最强的样品（稀土离子摩尔百分比浓度为(7%)Yb3+、(1%)Er3+）应用于氢化非晶硅太阳能电池，在波长为980nm、功率密度为4.8W/cm2激光光照条件下的外量子效率值为0.04%。

关键词： TiO2纳米管   Ag2O纳米颗粒   阳极氧化   抗菌性能   成骨细胞  

摘要： 生物医用钛及钛合金因其良好的机械性能、抗腐蚀性及优良的生物相容性作为骨科植入物已经在临床上得到了广泛应用,但是仍然存在着两大严重并发症：因植入后骨整合不佳引起的松动和植入物相关的感染。近年来,利用阳极氧化法制备的Ti02纳米管阵列在生物医学方面的应用研究得到了广泛关注,这种纳米尺度排列整齐的管状形貌能够很好地模拟人体骨组织和细胞外微环境的结构,使植入物表现出显著的成骨诱导能力和促骨整合能力。然而,纳米管阵列抵抗感染的能力并不能满足临床需要。本研究采用磁控溅射镀膜技术先在纯钛表面沉积钛银复合薄膜,然后通过对该膜层进行阳极氧化制备银原位掺杂的TiO2纳米管阵列,并评价了该银掺杂纳米管阵列的长效抗菌性、细胞相容性及对成骨细胞功能的影响。综合本论文工作,所取得的主要研究结果如下： (1)运用磁控溅射镀膜技术在钛基体上沉积不同银含量的TiAg复合膜层,银掺杂量可在0at.%和27.23at.%之间调控;(2)运用阳极氧化工艺在TiAg复合膜层上制备出不同银掺杂量的Ti02纳米管阵列;膜层中的银以Ag20纳米颗粒的形式被包裹或镶嵌在非晶态的Ti02纳米管壁上,且纳米颗粒的数量、大小等可以通过镀膜和氧化参数进行调控;(3)Ag20负载Ti02纳米管阵列以初期大量、快速释放,后期缓慢、稳定释放的方式析出银离子;析出的银离子及Ag20纳米颗粒的直接接触两种抗菌机理的共同作用赋予了Ag2O负载Ti02纳米管优异的长效抗菌性能;(4)Ag2O负载Ti02纳米管阵列对MC3T3-E1成骨细胞的粘附、活性及分化没有影响,且适量的银掺杂能够促进细胞的铺展;银负载量较高的纳米管阵列表面MC3T3-E1细胞的胶原蛋白分泌和基质矿化出现了短期抑制现象,但这种现象随着培养时间的推移而消失。

关键词： 纳米颗粒   合金化行为   核-壳结构   分子动力学  

摘要： 利用分子动力学方法和改进分析型嵌入原子势函数模拟了核-壳结构Ag-Au纳米颗粒的合金化行为,从原子扩散、微观结构演变以及合金化程度等方面对比分析了壳层厚度对合金化行为的影响。结果表明,壳层较薄时,核-壳界面处原子扩散现象显著,内核表现出多面体形貌,表层Au、Ag原子完全混合。壳层较厚时,表面原子以扩散为主,整个颗粒表面为多面体结构,但内核保持初始球状结构。通过层错生长方式使形貌发生了改变。壳层越薄,体系合金化程度越高。

关键词： Fe3O4Ag磁性Pb2+吸附  

摘要： 采用水相共沉淀法制备小尺寸磁性Fe3O4纳米颗粒,以没食子酸作为还原剂和表面修饰剂,还原Ag[(NH3)2]+制备出Fe3O4/Ag磁性纳米颗粒。研究该磁性纳米颗粒对水溶液中铅离子的吸附行为,研究结果表明,pH为7.0,吸附温度30℃时可得到最好的处理效果,铅的去除率可达99.7%以上,Fe3O4/Ag颗粒吸附行为符合二级动力学模型(R2>0.99)。该磁性纳米颗粒经过多次再生处理后,仍具有很好的吸附效果,表明Fe3O4/Ag在水处理方面拥有良好的应用前景。

关键词： 自组装   Ag-SiO2   抗菌性  

摘要： 使用自组装法制备得到SiO2颗粒,测试得到其平均孔径约为3.61nm,此孔径大小与模板十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的分子层间距有关。将自组装得到的SiO2颗粒依次浸泡于硝酸银(AgNO3)溶液和硫代硫酸钠(Na2S2O3)溶液中,反应后光照此混合液得到复合材料Ag-SiO2。此复合材料的微观结构可通过X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见光谱(UV-Vis)及红外光谱(FT-IR)来表征,产物为球状复合颗粒,其中Ag纳米粒子被均匀的锁定于SiO2颗粒中,避免了Ag粒子的聚集。在抗菌性测试中发现此复合颗粒的抗菌性优于单一纳米Ag,文中还讨论了此类抗菌剂的作用机理。

关键词： 表面等离子体共振   纳米加工   金属纳米结构   图像处理  

摘要： 基于10 nm尺度图形加工技术,通过改变金属纳米结构的大小和形貌,利用金属纳米结构的表面等离子体共振性能开发出SEM纳米彩色图片制作技术,使得图形的像素在60 nm尺度可控(约100万dpi)。利用图像处理技术可以快速生成加工版图,而通过电子束曝光和沉积技术则能够得到结构不同的Au/Ag纳米颗粒。结果表明:由于结构不同的Au/Ag纳米颗粒的表面等离子体共振性能不同,使其发光性能覆盖了可见光波段。本文通过改变Au/Ag纳米颗粒的大小,利用图像处理算法对不同大小的Au/Ag纳米颗粒进行排列组合,从而得到SEM纳米彩色图片。