金納米薄膜的熒光光譜特性

1、金納米薄膜的熒光光譜特性摘要：采用電化學(xué)方法制備了膠體金納米球狀顆粒，并利用自組裝方法在石英玻璃襯底上鍍制了金納米薄膜。在室溫下測得其紫外可見吸收光譜和熒光發(fā)射光譜。在吸收光譜中觀察到兩個(gè)吸收峰，其中610nm處的吸收峰來源于凝聚金納米顆?？v向的表面等離子體共振。在熒光發(fā)射光譜中也觀察到與縱向表面等離子體共振有關(guān)的長波段的發(fā)射峰。增加激勵(lì)光強(qiáng)度或增加薄膜中金粒子數(shù)密度都將導(dǎo)致新熒光發(fā)射峰的產(chǎn)生，這表明金納米薄膜中存在循環(huán)多重散射，并由此引發(fā)了熒光發(fā)射峰數(shù)目和強(qiáng)度的變化。關(guān)鍵詞：金納米薄膜、熒光光譜目錄摘 要2關(guān)鍵詞2第一章 緒論4第二章 實(shí)驗(yàn)部分52.1儀器與試劑52.2金膠體的制備52.3金

2、納米薄膜的制備5第三章 結(jié)果與討論7第四章 結(jié)論10參考文獻(xiàn)11第一章 緒論經(jīng)過一個(gè)學(xué)期對納米材料的學(xué)習(xí)，不僅讓我對這一學(xué)科有了深入的了解，更讓我明白了它的重要性。現(xiàn)在我就依據(jù)自己的所學(xué)對這門學(xué)科做一些簡單的闡述和探討。將貴金屬納米顆粒鑲嵌在不同的基底中得到的納米薄膜具有與體相材料不同的光電特性，從而在微光電器件的研發(fā)領(lǐng)域表現(xiàn)出了誘人的應(yīng)用前景。例如研究鑲嵌有Ag微粒BaTiO薄膜的光學(xué)特性，并發(fā)現(xiàn)基底結(jié)構(gòu)對Ag粒子的吸收光譜特性影響很大。將Cu，Ag等貴金屬納米顆粒沉積在多孔鋁基底上得到納米結(jié)構(gòu)薄膜，并在其吸收光譜中觀察到表面等離子體共振峰隨顆粒尺寸的增大而紅移。利用磁控管濺射法制備了Ag納

3、米薄膜，并研究了濺射壓力等實(shí)驗(yàn)因素對薄膜光學(xué)特性的影響。在Si基底上制備Cu，Ag納米薄膜，并研究了其二階非線性光學(xué)效應(yīng)。利用濺射法將Ag微粒沉積在SiO基底中得到復(fù)合納米薄膜，發(fā)現(xiàn)其等離子體共振吸收峰隨著Ag顆粒直徑的減小而減弱并藍(lán)移，并利用Mie氏理論進(jìn)行了數(shù)值模擬。利用自組裝方法將直徑為6nm的Au顆粒沉積在玻璃基底上，并發(fā)現(xiàn)該薄膜的光學(xué)、電學(xué)響應(yīng)具有非金屬特性。前人的工作中大多研究了貴金屬納米薄膜的吸收光譜特性，而本文則測得了金納米薄膜的熒光發(fā)射光譜，觀察到與表面等離子體共振對應(yīng)的熒光發(fā)射峰。發(fā)現(xiàn)在金納米薄膜中存在循環(huán)多重散射，并由此引發(fā)了熒光峰數(shù)目和強(qiáng)度的變化。第二章 實(shí)驗(yàn)部分2.1

4、儀器與試劑（1）LS-55型熒光分光光度計(jì)（2）UV-250IPC型紫外-可見分光光度計(jì)（3）JEM-200CX透射電子顯微鏡（4）DH1716-60直流穩(wěn)壓電源（5）KQ-2500B型數(shù)控超聲波清洗器2.2金膠體的制備利用類似Yu等所報(bào)道的電化學(xué)方法制備膠體金納米顆粒。用10ml超純水作溶劑，加入四辛基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨、丙酮配置成電解液。用純金片和鉑片分別作為陽極和陰極。將電解完成后的溶液滴在銅網(wǎng)上晾干后，通過透射電鏡可觀察到平均直徑為20nm的球狀金納米顆粒，見圖2-1。圖2-12.3金納米薄膜的制備利用石英玻璃片作為組裝金納米粒子薄膜的襯底。將清洗好的石英玻璃片浸入靜置在室溫

5、中的金膠體溶液中24h，取出涂膜后的玻璃平放在室溫環(huán)境中的干燥皿里自然涼干，重復(fù)以上浸鍍過程，可以在襯底上組裝成不同層數(shù)的金納米粒子薄膜。第三章 結(jié)果與討論用紫外可見分光光度計(jì)分別測得金膠體和金納米薄膜的吸收光譜，見圖3-1。其中535nm附近的吸收峰來源于球狀金納米顆粒的表面等離子體共振，在金納米薄膜的吸收光譜中還出現(xiàn)了第2個(gè)長波方向的吸收峰位于610nm，我們認(rèn)為它來源于金納米薄膜中金納米顆粒的線性凝聚，凝聚的金納米鏈由于形狀上的各向異性，而產(chǎn)生了長鏈方向的表面等離子體共振，于是在長波方向出現(xiàn)了與之對應(yīng)的共振吸收峰。圖3-1用LS-55型熒光分光光度計(jì)分別測得了金膠體和金納米薄膜的熒光發(fā)射

6、光譜，見圖3-2。用300nm的入射光激發(fā)時(shí)，金膠體的發(fā)射光譜中僅出現(xiàn)一個(gè)熒光發(fā)射峰，位于430nm。而金納米薄膜的發(fā)射光譜中卻出現(xiàn)了與長鏈方向表面等離子體共振有關(guān)的新的熒光發(fā)射峰，位于700nm附近，短波方向的發(fā)射峰則藍(lán)移至375nm。圖3-2我們認(rèn)為，熒光峰的出現(xiàn)與電子的能級躍遷、局域場增強(qiáng)這兩個(gè)因素都有關(guān)。熒光發(fā)射峰產(chǎn)生的直接原因是電子從高能態(tài)到低能態(tài)的躍遷。納米尺度的貴金屬顆粒由于量子效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)，能級發(fā)生分裂，使得金納米顆粒具有了較為豐富的能級結(jié)構(gòu)。于是300nm的激發(fā)光可能使處于低能態(tài)的電子躍遷到不同的高能態(tài)，由于高能態(tài)不穩(wěn)定，電子將再次落回到不同的低能態(tài)或基態(tài)。于是產(chǎn)生了頻率

7、不同的熒光發(fā)射。然而這些不同波長的熒光發(fā)射能否被放大還與表面等離子體共振有關(guān)。由于表面等離子體共振產(chǎn)生的局域場效應(yīng)可以同時(shí)使入射場和發(fā)射場得到增強(qiáng)，所以當(dāng)電子躍遷頻率與表面等離子體共振耦合時(shí)，特定頻率的熒光發(fā)射將增強(qiáng)。圖3-2還表明，增加金薄膜的層數(shù)（即金納米顆粒的粒子數(shù)密度）使得熒光發(fā)射光譜的長波波段和短波波段都出現(xiàn)了新的發(fā)射峰，分別位于355nm和655nm。圖3-3給出了發(fā)射峰強(qiáng)度和數(shù)目對激勵(lì)光強(qiáng)度的依賴關(guān)系。通過調(diào)節(jié)熒光分光光度計(jì)的激發(fā)狹縫寬度，可以改變激勵(lì)光強(qiáng)度。隨著狹縫寬度的增大，在長波波段和短波波段也都出現(xiàn)了新的發(fā)射峰，并且新出現(xiàn)的發(fā)射峰對激勵(lì)光強(qiáng)度更為敏感。以上光譜特性表明，金

8、納米薄膜構(gòu)成了一個(gè)高度無序的多重散射體系，當(dāng)散射足夠強(qiáng)時(shí)，光子在無序分布介質(zhì)中將產(chǎn)生多重散射并有可能返回到最初的散射點(diǎn)而構(gòu)成反饋回路，形成光的局域性。反饋機(jī)制使光在閉合回路中得到放大，在自組織作用下形成相干態(tài)，從而導(dǎo)致了發(fā)射光的增強(qiáng)。環(huán)狀諧振腔的形成與激勵(lì)光強(qiáng)度、散射粒子數(shù)密度等因素有關(guān)，增加粒子數(shù)密度和增強(qiáng)入射光強(qiáng)度都有利于諧振腔的形成，這與上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。圖3-3第四章 結(jié)論采用電化學(xué)方法和自組裝方法制備出金納米薄膜。在吸收光譜中觀察到由于金納米顆粒線性凝聚而產(chǎn)生的表面等離子體共振吸收峰。在熒光發(fā)射光譜中，發(fā)射峰的數(shù)目和強(qiáng)度隨薄膜層數(shù)及激勵(lì)光強(qiáng)度變化，表明在金納米薄膜中存在著多重散射并形成了環(huán)狀諧振腔。參考文獻(xiàn)：1孔繼川，繆娟薄膜太