贵金属纳米材料是当今纳米材料研究领域中一个重要研究内容,纳米材料的基本效应产生完全不同于体材料的物理和化学特性,这在贵金属纳米材料的光学性质上表现尤为突出。贵金属纳米材料的特殊性质在催化、滤光、光吸收、磁性介质、医疗等方面有着广泛的应用前景。研究发现:纳米粒子的性质与其颗粒的尺寸、形貌、结构密切相关,不同的形貌会调节和优化材料的特性,特别是各向异性的Au、Ag纳米材料,不同形貌纳米结构的光吸收表现出各向异性的共振吸收,其双吸收峰或多峰在近红外区具有较高的吸收率和可调性。本文的主要研究内容如下:在实验室条件下,采用种子生长的方法合成棒状的金纳米材料,改进合成的方法,研究不同实验条件对纳米材料的尺寸、形貌、结构的影响。例如,适当改进活性剂与金属前驱液的比例、银离子浓度和添加部分卤素离子的浓度可以提高纳米棒的产量和纵横比。借助于透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-vis-NIR)、X-射线衍射(XRD)等现代表征技术表征材料的形貌、光学性质、结构,以此探索纳米结构的生长机制。介绍了时域有限差分的方法(Finite Difference Time Domain,FDTD),采用FDTD模拟纳米结构的光学性质,探索不同尺寸和形貌的纳米结构对光学吸收谱的影响,发现帽子、尺寸、尖锐的角会使纵向吸收峰加强,帽子、对称性、尖锐的角、背景折射率会使纵向吸收峰的位置发生移动。根据实验结果合理的搭建纳米结构,包括五重孪晶纳米棒、单晶八面体纳米棒、纳米长方体、立方体、正八面体纳米结构、正十面体纳米结构、枝形纳米结构、星形纳米结构等模型,模拟不同纳米结构光学性质,合理解释实验结果与模拟的差异。因此借助FDTD模拟,即使没有显微结果,人们可以预测具有光吸收特性纳米材料的特殊结构。