银(Ag)是一类重要的金属元素,原子序数为47,呈白色,具有金属光泽,在所有元素中具有最高的电导率,导热率也比任何其它金属都高。它已被广泛应用于催化,电子,光子,摄影,生物标记和表面增强拉曼散射(SERS)等技术领域。作为一种优质、高效的材料,银纳米结构材料在纳米领域的卓越性能受到广泛关注。到现在为止,不同的银纳米结构,包括纳米粒子、纳米立方体、纳米三角片晶、纳米管、纳米带、纳米棒和纳米线已经有了大量的研究报导。研究者们发展出多种不同的合成方法,材料的相关性能,包括SERS效应、电学、光学、生物标记以及环境响应性等,都得到了研究。然而,银纳米材料的直接应用也受到了较大限制：银纳米粒子本身容易互相聚并,同时大的比表面积容易受环境影响,发生氧化和腐蚀。因此,研究者开始关注银@聚合物纳米复合材料的开发。过去10年以来,多种类型的聚合物如聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯和聚醋酸乙烯酯都曾被用于纳米银的包覆材料。更进一步,导电聚合物和银纳米复合材料也被制备出来,如银@聚苯胺,银@聚噻吩和Ag@聚吡咯纳米复合材料等等,对这类复合材料可能具有的特殊的电和光化学性质研究也得到深入研究。所有这些研究的目的,是制备具有高的耐热及环境稳定性的产品,并且避免在构造纳米器件时金属粒子间发生不必要的表面接触。由此,本论文以聚咔唑(PCz)作为纳米银的外层包覆材料。聚咔唑具有比聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺更好的耐热和环境稳定性,同时也有较好的成膜性能。同时PCz还具有特殊的光导,电致变色,电致发光,光致发光和电子空穴传输性能。将PCz与银在纳米尺度上进行复合将有助于获得具有优异导电和光致发光性能的纳米材料。Ag@PCz纳米复合材料是一类全新的材料。由于当前还没有以PCz和纳米金属制备纳米复合材料的相关报道,因此本论文首先设计并实现了一种简单、重现性好的合成方法。该方法以氧化聚合技术为基础,使PCz在纳米银结构表面聚合。本论文讨论了不同氧化剂如AgNO3、FeCl3、Cu(CH3COO-)2、[1:1 FeCl2/Cu(CH3COO-)2]和Fe(CH3COO-)3以及不同溶剂如乙醇、乙腈和氯仿的影响。其中醋酸铜(Cu(CH3COO-)2)是其中最适合的氧化剂。以其为氧化剂,乙腈为溶剂可以以银纳米结构为核心,在其周围形成均一的聚合物包覆层,同时不对金属纳米结构产生破坏。其它氧化剂也可以氧化咔唑单体聚合,但都会造成核层金属结构的破坏。以透射电镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)可以确认产物结构。透射电镜显示核层的银纳米结构仍然保持完整,外面则均匀包覆了大约5-9nm厚的聚合物壳层。红外光谱分析结果表明该聚合物为PCz,其中N-H和芳香环的伸缩振动峰非常显著。因此,我们选择醋酸铜作为氧化剂制备Ag@PCz纳米复合材料,包括Ag@PCz同轴纳米电缆(CNCs)和Ag@PCz纳米粒子。Ag @ PCz CNCs的核心结构是银纳米线,以PVP为软模板在160℃通过多元醇还原法合成。本文以醋酸铜作为氧化剂实现了咔唑在银纳米线表面的聚合反应。银纳米线在超声下被分散到醋酸铜的乙腈溶液中,铜离子在银纳米线表面发生吸附。通过高速离心增加对阳离子的压力,从而进一步促使离子向表面沉积。这样,银纳米线转变成阳离子负载的银纳米线,这些具有氧化作用的被吸附离子就成为聚合反应的活性增长点。应用扫描电镜(SEM)、TEM、高分辨透射电镜(HR-TEM)、能谱仪(EDS)、FT-IR和拉曼光谱技术本文对所合成的CNCs结构和性能进行了表征。通过扫描电镜分别对纳米银线和Ag @ PCz CNCs的表面进行表征,可以看出聚合物层的形成使得原先光滑的银纳米线表面变为粗糙。同样TEM和HR-TEM照片则清晰地呈现出两种不同的相区,其中浅色的区域为PCz,深色的区域为核心的金属纳米线。从HR-TEM照片可以测量聚合物层的厚度约为5-8nm。应用与HR-TEM配套的EDS技术对纳米电缆的边缘进行分析,结果表明,纳米电缆的表面含碳量为50-60%。对红外和拉曼和拉曼光谱的分析结果可以进一步确认CNC表面的聚合物结构主要为PCz。X射线光电子能谱(XPS)研究表明,聚合增长并没有影响到银纳米线表面的银的电子结合能,另外表明有小分子的存在。X射线衍射(XPS)研究结果表明核层银纳米晶体结构未受影响。本论文进一步对合成的CNC的光学,热学和分散性进行了进行了研究。其光学特性主要用紫外可见和荧光光谱进行表征。根据紫外光谱结果,相对于纵向的表面增强等离子共振效应(SPR),横向的SPR明显占优。而荧光光谱对CNCs的光致发光(PL)行为的研究显示,CNCs结合了纳米银和PCz的性能,在绿色至紫色的光谱范围内都出现了PL峰。对纯聚合物和复合CNCs的热稳定性进行了热重分析(TGA),结果发现由于溶剂中的杂质,氧化剂或寡聚物的存在使得这两种形式的PCz材料中都含有部分小分子,然而,聚合物主体失重发生在300℃至800℃,具有较好的热稳定性。最后,通过表面zeta电位测量对纯银纳米线,负载铜离子的银纳米线和Ag@PCz CNCs的分散稳定性进行了比较。表明表面聚合物层的引入有利于表面zeta电位绝对值的增加,即可以提高材料在介质中分散的稳定性。本论文另一部分工作是Ag@ PCz复合纳米粒子的制备,其核心结构以多元醇还原法在120℃和200W微波条件下合成的单分散银纳米粒子。用制备Ag@CNCs相似的方法可以在银纳米粒子外均匀包覆PCz外壳,并对界面和光学行为进行了系统表征。通过XPS对Ag表面结合能的研究表明,在纯纳米粒子界面上银的电子结合能相对于标准物质或Ag@PCz CNCs的结合能值要低,而引入聚合物包覆层后,这一状况明显有所改善。这一结果显示,相比于纳米线,在金属纳米粒子表面形成聚合物包覆层对于纳米材料的稳定性具有更重要的意义。在光学特性方面,本论文对银纳米粒子、负载阳离子的银纳米粒子和Ag@PCz银纳米粒子的SPR效应和PL行为进行了研究,结果表明,粒子表面SPR效应随着离子负载而增强,随着聚合物包覆而减弱,而PL强度的变化趋势则恰恰相反,随着离子负载而下降,随着聚合物层形成而增加。此外,银纳米粒子和PCz的PL峰都出现在Ag@ PCz复合粒子的PL光谱中。这种材料可以应用于窗片材料,将紫外光转化为可见光,还可以用于防晒化妆品的开发。综上所述,本文的研究工作主要包括一种简单易行、通用性好的的Ag@PCz纳米复合材料的方法,并以此为基础,合成了Ag@PCz同轴纳米电缆和复合纳米粒子,并对其结构尤其是两相间的界面结构进行了详细表征。合成的纳米材料具有良好分散性和光致发光性能,在光电器件、紫外线屏蔽与转化领域具有潜在的应用前景。