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半导体纳米粒子(含量子点)具有独特光学性质,其在生物学和医学方面潜在的应用价值已引起了广大科学工作者的极大关注。随着纳米材料逐渐向纳米复合材料的发展,通过半导体纳米材料构建复合纳米结构已成为目前材料科学研究的热点。纳米氧化锌、银作为新一代的半导体功能材料和贵金属导电型纳米材料,有着许多优异的性能和广泛的应用价值。通过二者复合,可望获得新的具有特殊功能新的纳米复合材料。
本论文通过组装合成、表面包覆等方法合成了分立型、接触型纳米银和氧化锌构成的复合核壳纳米结构材料,并研究了其结构、光学性能。
首先,本文合成了未见文献报道的两种分立型的核-壳纳米结构材料ZnO@SiO2@Ag和Ag@SiO2@ZnO。通过XRD、FE-SEM、HR-TEM、EDS和UV-Vis对其进行了表征。结果表明纳米Ag已成功地包覆在ZnO@SiO2纳米粒子表面和纳米ZnO已成功地包覆在Ag@SiO2纳米粒子表面;UV-Vis吸收光谱均显示出纳米氧化锌、银的各自特征吸收;光致发光测试结果显示纳米Ag壳层可显著加强ZnO的发光至5-20倍,增强效应与壳层厚度有密切相关性;采用波长为780nm的飞秒激光器基于非线性光学过程泵浦对ZnO@SiO2@Ag进行了光致发光谱测试,观察到了390nm处二次谐波产生(SHG)现象和515nm附近双光子荧光,该双光子绿色发射由氧空位所致;同时,对样品Ag@SiO2@ZnO采用波长为800nm的激光激发时,也观测到了400nm附近二次谐波产生现象和520nm附近双光子荧光由氧空位造成的绿光发射峰.
其次,利用一种简单、有效的化学沉淀法,用中间隔离层SiO2作为桥梁成功的组装合成了异质核-壳结构的纳米复合材料ZnO:Al@SiO2@Ag。通过XRD、FE-SEM、TEM和UV-Vis对其进行了表征,结果表明的复合纳米材料ZnO:Al@SiO2@Ag中纳米银已成功包覆在ZnO:Al@SiO2表面,并且讨论了纳米银壳的厚度对该复合材料的荧光性质和紫外吸收谱的影响。
最后,采用以纳米氧化锌为核在其表面还原金属离子的方法合成了接触型ZnO@Ag核壳结构的纳米复合材料,并对该纳米复合材料的结构、光学性质等进行了研究。结果表明:Ag纳米颗粒作为壳与作为核的ZnO能发生强烈的耦合使样品ZnO@Ag的发光增强,增强效果随纳米Ag含量的降低(纳米Ag壳厚度减少)而增大,同时,ZnO特征发光峰位稍发生蓝移。
本文所合成的两种新的核-壳异质纳米结构材料ZnO@SiO2@Ag和Ag@SiO2@ZnO将有可能在光信息存储和光生物等许多领域里展示出良好的应用前景。