静电势阱调控的金属纳米粒子可控组装及其组装体的性质研究

来源 :苏州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JIADOS
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
金属纳米粒子的局域表面等离激元共振(Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR)效应能够带来一系列独特的光、电性质,包括特异性散射、吸收、局域电场增强等,从而被广泛应用于光电器件、生物化学传感、能源转化等领域。相较于单颗粒金属纳米粒子,具有一定空间构型的金属纳米粒子的组装体结构不仅拥有纳米粒子本身的性质,还会产生许多独特的协同、耦合效应,如近场耦合、法诺共振、突破衍射极限的光聚焦等。虽然溶液体系中利用DNA、硫醇分子或嵌段共聚物等连接分子对纳米粒子进行组装的技术已经取得了一系列进展,但这类分散在溶液中的纳米粒子结构难以均匀地转移至基底,且在干燥后难以维持其原有的空间构型。因此,在基底表面构筑构型稳定且可设计的纳米粒子组装结构,是研究其性质和实现其应用拓展的关键问题之一。目前常用的方法是先利用“自上而下”技术在基底表面制备凹槽模板,再利用连接分子以及毛细力、静电力等驱动力在模板中进行金属纳米粒子“自下而上”的组装。然而,模板的加工依赖于高精尖的仪器设备,面临着高昂的加工成本以及技术垄断风险。因此,本论文基于胶体体系中的静电相互作用,在负电基底上建立了以正电纳米粒子为中心的碗状静电势阱。借助基底电势对势阱状态的调控作用以及静电势阱对负电纳米粒子的捕获作用,在基底上实现了多种纳米粒子组装体结构的可控制备,并对其性质进行了研究。具体内容包括:(1)在理论方面,基于“胶体双电层理论”、“电多极矩展开理论”以及COMSOL仿真模拟在带电基底上建立了对带电纳米粒子进行定向汇聚和捕获的静电势阱模型。在合理的电势区间内,基底负电势越强,对溶液中带负电的纳米粒子的汇聚作用和捕获作用越强。由此,提出了利用基底电势调控纳米粒子捕获数量,进行纳米粒子可控组装的思路。(2)在实验方面,验证了基底电势调控纳米粒子组装构型的可行性。利用表面修饰及电荷翻转的方法制备了具有不同基底电势的负电基底,发现在静电势阱的作用下,负电的金纳米粒子能被可控地捕获到位于负电基底上的正电金纳米粒子表面,且基底电势对纳米粒子的捕获数量具有可靠的调节作用。由于静电作用普遍存在于胶体体系,该灵活且模块化的策略可进一步拓展用于其他形貌、尺寸以及组分的带电胶体粒子的组装,从而定制化地实现多种组分、多种构型纳米结构的可控制备及其性质调谐。(3)在合适的基底电势条件下,通过改变纳米粒子的材质和尺寸,以金和银纳米粒子为组装单元制备了一系列不同尺寸组合的二聚体结构,研究了其独特的LSPR共键耦合性质,并将其应用于表面增强拉曼光谱(Surface Enhanced Raman Spectroscopy,SERS)和暗场信息加密。基于LSPR耦合效应,金纳米粒子的二聚体结构在粒子间隙处产生了局域电场显著增强的“热点”区域,显著增强了探针分子4-巯基苯甲酸(4-MBA)的SERS信号。同时,利用静电势阱捕获技术制备了多种金-银二聚体和金-金二聚体结构,实现了暗场图像颜色由蓝色到红色的色彩调谐。借助喷墨打印技术在同一基底上进行多种结构的分区域组装,进一步实现了微区的信息加密与识别,并有望应用于光学加密和防伪等实际应用。
其他文献
当前我国能源结构中占比最大的依然是煤、石油、天然气等化石能源。作为不可再生能源,化石燃料不仅面临着剩余储量有限、开采量大等危机,在利用过程中还存在着能量转化效率低、资源浪费严重、加剧环境污染等问题。为了应对能源危机,近年来研究者们不断探索太阳能、风能以及生物质能等清洁高效的新型能源的开发与利用。当前的生产生活体系构筑在化石燃料之上,要过渡到低排放可再生的能源系统,需要发展可靠的储能以及高效的化学燃
学位
自工业革命以来,化石燃料对科技的进步和社会的高速发展起着无可替代的助推作用。但是化石能源属于不可再生资源,随之而来的能源短缺以及环境污染问题开始出现在大众视野中。人们发现氢气有着清洁和高效的特点,故开始对高效的电催化析氢催化剂进行了一系列研究。众所周知的铂族金属具有最优的析氢反应(HER)催化性能,但是铂族金属造价昂贵,不利于工业化生产,阻碍了进一步的应用。又有研究发现,过渡族金属有着类铂族金属的
学位
氨是最重要的工业化学品之一,被用作氮肥生产的前驱体、能源载体和储氢介质等。氨的工业生产过程(哈勃-博施工艺)伴随着大量化石能源的消耗和温室气体的排放。鉴于日益严峻的气候问题和能源危机,发展温和条件下绿色节能的合成氨技术非常重要。与可再生能源结合的电催化氮气还原反应(NRR)过程是一种有潜力的可持续氨生产方式。但是,由于N≡N键高的键能以及竞争反应(析氢)的存在,目前NRR催化剂的氨产率和法拉第效率
学位
免疫疗法是一种利用病人自身免疫系统对抗癌症的新型治疗方法。近年来,以免疫检查点阻断(immune checkpoint blockade,ICB)疗法和过继细胞转移(adoptive cell transfer,ACT)疗法为代表的肿瘤免疫疗法在肿瘤治疗领域获得了广泛的关注和研究。肿瘤浸润淋巴细胞(tumor-infiltrating lymphocytes,TILs)疗法也是其中之一,用患者自体
学位
<正>有些孩子总是“坐没坐相,站没站相”,像一颗歪扭七八的小树苗;注意力不集中,半小时要做完的作业,需要“鸡飞狗跳”写到半夜;三天两头生病,不是咳嗽流涕就是积食便秘……孩子到底是身体哪里出了问题?您可能需要了解一下“青少年特发性脊柱侧弯”。青少年特发性脊柱侧弯是脊柱的一个或数个节段在冠状面上向一侧隆凸和椎体旋转,并随年龄增长弯曲增大至发育成熟,而无任何先天脊柱骨结构异常的疾病。
期刊
二十一世纪以来,有机电子学得到了飞速的发展,以有机发光二极管和太阳能电池为代表的光电器件取得了重大的突破。关于有机电子学的研究包括很多方面,其中一个非常基础却十分重要的研究方向就是器件的界面性质,因为从根本上研究器件的界面性质是改善其性能的前提和基础。尽管目前已经开展了大量的研究去优化和改良界面处的载流子输运和分离,但对于一些复杂的界面系统仍然缺乏足够的认识,尤其是有机/无机异质结的界面耦合机理研
学位
有机-无机钙钛矿材料CH3NH3PbX3(X=I,Br,Cl)因其优越的性能成为太阳能电池,发光二极管等光电器件的热门材料之一。尽管有机-无机钙钛矿材料展现出优异的光电性能,但是该类材料仍然面临着器件稳定性的挑战。有机-无机钙钛矿材料均会发生不同程度的分解,尤其是在高温、富氧、高湿度和强光条件下,这些缺点严重影响到光电器件的发展。为了改善有机-无机钙钛矿材料的稳定性,研究者们提出了阳离子工程、配体
学位
随着我国老龄化程度加深和居民消费水平的提高,中老年服装市场具有极大的开发潜力。中老年群体的审美能力、自我意识不断加强,对服装的功能性、合体性需求增加。中老年女性肌肉、骨骼的发达程度和脂肪的沉积状态发生改变,构成了他们复杂的体型,购买到适体性强的服装成为一大难题。现行号型标准年龄跨度大,未按年龄层细分,对中老年体型精准细分是满足中老年女性对服装合体性要求的前提。基于此问题,本课题对中老年女性体型进行
学位
基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time Of Flight Mass Spectrometry),简称 MALDI-TOF MS,是一种应用范围广泛的质谱检测技术,在生物分子的结构鉴定与定量分析方面发挥着重要作用。在MALDI正离子模式下,主要存在待测分析物的质子化、阳离子化和电子转移反应三种电离机制,其中
学位
近年来,在照明、探测以及显示等领域,胶体半导体量子点(Quantum Dots)逐渐展露锋芒,向人们展示了它极具潜力的发展前景。自从1983年胶体量子点首次出现以来,这种尺寸极小的半导体材料就被认为是将来数十年间光电领域最具有发展前景的材料之一。由于其光谱可覆盖紫外区直至红外区且可调谐,颜色纯度高,亮度高的特点,量子点材料可广泛应用于高亮度照明、工程探测、生物探测以及大尺寸显示技术领域。最经典的量
学位