一種還原法制備銀納米顆粒

任芝 許令艷 安輝 溫馨 李松濤

摘 要：銀納米顆粒具有重要的等離激元特性，本文通過(guò)還原法制備得到Ag NPs，通過(guò)掃描電鏡和原子力顯微鏡對(duì)制備得到的Ag NPs進(jìn)行形貌觀測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此方法制備的Ag NPs粒徑在100-500 nm，呈現(xiàn)六角狀，高度為100 nm。

關(guān)鍵詞：等離激元;銀納米顆粒;制備

局域表面等離激元（Local Localized Surface Plasmon Resonance， LSPR）是一種非傳播型的電子振蕩模式。這種電子振蕩模式，其過(guò)程受限在金屬納米結(jié)構(gòu)的尺寸范圍內(nèi)，能夠直接被自由空間中的光波的電場(chǎng)激發(fā)，因此具有豐富的光物理學(xué)特性。

圖1是在入射光波的作用下，金屬納米球中自由電子的集體振蕩的示意圖[1]。圖1中，左邊的粉色球狀物體是金屬納米球，在外界光波的激發(fā)的作用下，其內(nèi)部的電子發(fā)生振蕩;藍(lán)色正弦曲線和紅色曲線分別代表某一時(shí)刻行進(jìn)的光波（電磁波）的電場(chǎng)分布和磁場(chǎng)分布;在光波的電場(chǎng)的作用下，金屬納米球內(nèi)部的電子重新分配。在沒(méi)有外加光波電場(chǎng)時(shí)，金屬納米球內(nèi)部的電荷處于相對(duì)平衡的狀態(tài);當(dāng)存在外加光波電場(chǎng)時(shí)，金屬納米球內(nèi)部因外加電場(chǎng)的作用，存在極化電場(chǎng)，該極化電場(chǎng)對(duì)離開(kāi)平衡態(tài)的自由電子施加一個(gè)回復(fù)力，因此自由電子在回復(fù)力作用下在平衡態(tài)附近來(lái)回振蕩。若入射光波的頻率與自由電子的振蕩頻率相等，則兩者產(chǎn)生共振，金屬納米球內(nèi)部的電子的集體振蕩的振幅達(dá)到最大，通常被稱為局域表面等離激元共振，這種共振產(chǎn)生的特征效應(yīng)主要表現(xiàn)為對(duì)入射光波的選擇性吸收、對(duì)入射光波的散射增強(qiáng)和金屬納米球周圍局域場(chǎng)的增強(qiáng)。

局域表面等離激元對(duì)金屬納米結(jié)構(gòu)的尺寸大小、形貌、金屬的種類以及外界環(huán)境介質(zhì)的折射率均具有很強(qiáng)的依賴性[2]，這些特性使得局域表面等離激元共振光譜具有更寬的調(diào)諧范圍，產(chǎn)生了豐富的光物理學(xué)過(guò)程，并在SERS、SEF、太陽(yáng)能電池及非線性光學(xué)等方面有著重要的應(yīng)用[3-10]。

基于金屬納米顆粒的局域表面等離激元的重要研究?jī)r(jià)值，本文介紹了一種制備銀納米顆粒的方法，通過(guò)還原法制備Ag NPs，具有方法簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求度低等優(yōu)點(diǎn)。

一、銀納米顆粒的制備流程

（一）用電子天平稱量AgNO3粉末1.540g，并放入燒瓶中;用量杯量出40ml甲苯（toluene），倒入燒瓶中，混合溶液在在超聲清洗槽中振蕩30分鐘后，采用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間約2小時(shí)，盡量讓AgNO3粉末溶解在甲苯溶液中。

（二）稱取癸酸（decanoic acid）2.850g，用滴管抽取癸酸液體，并滴入步驟1中AgNO3甲苯溶液中，繼續(xù)磁力攪拌半小時(shí)以上。

（三）滴管抽取正丁胺（n-butylamine）加入滴定管中，量取1.67ml，淡黃色的溶液逐漸變成乳白色。

（四）滴管抽取水合肼（aqueous hydrazine）加入滴定管中，量取25ml，繼續(xù)使用滴定管滴加到燒瓶中，滴定速率為每秒鐘2滴，此過(guò)程中會(huì)有大量氣體的產(chǎn)生，隨后繼續(xù)磁力攪拌3小時(shí)，溶液顏色為棕黑色。

（五）除去磁力攪拌裝置，在燒瓶中倒入50ml甲醇，將產(chǎn)生大量氣泡，然后再倒入50ml丙酮，超聲振蕩30分鐘，靜置沉淀20分鐘，倒出上清液;再次使用甲醇和丙酮進(jìn)行萃取，將反應(yīng)產(chǎn)物剩下的液體倒入梨型分液漏斗，靜置。

（六）使用梨型分液漏斗將反應(yīng)產(chǎn)物注入離心管中，隨后將離心管放入離心機(jī)，離心速度8000，時(shí)間15min。離心沉淀出Ag納米顆粒。

（七）將離心管中的上清液倒出，剩余反應(yīng)產(chǎn)物在真空腔中抽真空，抽走剩余溶劑。得到干燥的深灰色Ag納米顆粒。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將制備得到的Ag NPS溶于甲苯溶液，然后滴在20×20 mm2大小的ITO玻璃上，然后將附著有Ag NPS的ITO玻璃放入真空退火爐中，150 ℃退火10分鐘，去除表面附著的有機(jī)物，然后在掃描電子顯微鏡（SEM，Hitachi S-4800）下進(jìn)行觀察，得到圖2的AgNPs的SEM照片，圖2中亮點(diǎn)的區(qū)域是Ag NPs，圖2（a）和（b）的標(biāo)尺分別為20 μm和2μm。。根據(jù)SEM照片，制備的Ag NPS具有一定的粒徑分布范圍，大約在100-500 nm，并呈現(xiàn)六角狀，與文獻(xiàn)報(bào)道相一致。一般來(lái)講，金屬納米顆粒的粒徑分布范圍大，得到的金屬納米顆粒的等離激元光譜會(huì)有展寬的特征，而寬的等離激元光譜能夠同時(shí)覆蓋多個(gè)有機(jī)半導(dǎo)體的吸收帶，從而在微腔激光的制備過(guò)程中，有利于有機(jī)半導(dǎo)體作為增益介質(zhì)的熒光發(fā)射特性。

為了進(jìn)一步得到Ag NPs的特征，將附著有Ag NPS的ITO玻璃置于原子力顯微鏡（AFM，Wltec， Alpha 300）上做檢測(cè)，掃描照片如圖3所示。圖3中黃色的點(diǎn)狀物是Ag NPs，右側(cè)標(biāo)尺為0-100 nm，得到的Ag NPs的高度信息，約為100 nm。

三、結(jié)論

本文通過(guò)還原法制備得到Ag NPs，通過(guò)掃描電鏡和原子力顯微鏡對(duì)制備得到的Ag NPs進(jìn)行形貌觀測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此方法制備的Ag NPs粒徑在100-500 nm，呈現(xiàn)六角狀，高度為100 nm。Ag NPs粒徑具有一定范圍的分布，有利實(shí)現(xiàn)等離激元光譜和有機(jī)半導(dǎo)體的吸收帶的匹配。此制備方法具有簡(jiǎn)單易行的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于豐富金屬納米顆粒等離激元的研究具有重要意義。

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