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银/金纳米材料具有良好的物理、化学特性,被广泛地应用在催化、感光、光子学、生物医学、表面增强拉曼散射等各领域。由于银/金纳米材料的电学、光学等一切特性主要取决于材料本身的形貌、尺寸大小等,所以对于各种不同形貌的银/金纳米材料的制备及应用是目前科研工作者研究的前沿和热点。氧化锌作为一种重要的直接宽带隙半导体材料,因为具有独特的光、电以及压电等性质而应用于光子学、电子学、气敏传感、催化等不同领域。对于氧化锌纳米材料的合成尤其是它的光学性质研究也是目前研究者热衷探讨的问题。本论文通过不同的化学方法合成了不同形貌的银和氧化锌纳米结构材料,并对它们的光学性质进行了研究,获得的主要结论如下:
1、采用溶解热方法,通过在多羟基过程中引入以及改变氯化钠的浓度,合成了银纳米线和纳米立方体与双锥结构。未引入氯化钠时合成的产物为银颗粒,而低浓度氯化钠的引入形成纳米线结构,当采用高浓度的氯化钠时则产生了更多的银纳米立方体和双锥结构。分析认为在刚开始阶段形成的氯化银作为种子或控制剂决定了最终的产物形貌。不同形貌的样品展现了不同的光学性质,对于银纳米颗粒、线、立方体等分别展现一个、两个和多个表面等离子吸收峰。不同结构的银样品作为衬底材料吸附若丹明有机分子后的拉曼散射光谱表明,银颗粒和立方体等比银线表现出了更强的表面拉曼活性,这是由于更加粗糙的衬底和尖锐的边角结构导致该区域吸附的分子振动进一步得到加强的缘故。这些纳米材料有望在光、电等领域得到应用。
2、通过逐步升高电压方法制备了大孔径的多孔阳极氧化铝薄膜。利用多孔氧化铝薄膜作为硬模板,在混合电解液中通过直流电沉积方法制备了小直径的银/铁合金纳米线,采用该混合电解液提高了沉积的合金纳米线中铁的含量,而通过改变混合电解液中离子浓度的比值也可提高铁的含量。根据氧化铝具有比较好的热稳定性,通过热分解方法制备了银纳米棒、管和多孔状一维纳米结构材料,不同形貌的形成跟模板孔洞的局域微观环境、溶液浓度、退火温度等因素有关。这些纳米材料有望在磁记录、光学、医学、传感器等方面得到应用。
3、在氟化胺-金氯酸溶液中,采用无电镀沉积方法在硅片表面沉积了金纳米颗粒薄膜材料。由于粗糙的表面微结构特征,吸附若丹明分子后的拉曼光谱表现出了增强现象。采用油浴法通过在加热的乙二醇溶液中注入反应前驱物,快速地合成了银纳米线,分析认为由于溶液上方的蒸汽起着屏蔽保护作用,以及引入的杂质离子提供了生长的异质核,它们共同导致了最终合成的形貌。通过水热方法合成了球状氧化锌超结构材料,通过分析认为它是在静电力、范氏力和取向连接等驱动力共同作用下由纳米棒自组装而成,这对理解自组装形成纳米材料的机理有重要意义。
4、在直流电压下,通过在草酸溶液中阳极氧化金属锌片,制备了非晶态氧化锌颗粒薄膜。薄膜样品显示一个很宽的非对称的可见光发射带,该带能够被高斯分解为两个发光子带,它们的发光起源分别与氧空位和氧间隙相联系。当增大激发波长,颗粒薄膜的两发光子带同步地红移,通过谱学分析认为这种依赖关系源于非晶氧化锌颗粒的量子限制效应。非晶氧化锌颗粒薄膜在360℃空气中退火后转化为晶态结构,展现出了不同的发光性质,可见光波段光发射仍然主要由氧空位引起。