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3.2.4 Au@SiO2 的TEM 图 17
4 结论 18
谢辞 19
参考文献 20
1前言
1.1 金属纳米材料
1.1.1 纳米材料的简介
纳米材料是指在三文空间中至少有一文尺寸在1～100 nm范围内的材料，或者由这种材料作为基本单元，从而组装形成有特殊空间结构的一种结构材料。纳米材料可以根据其化学组成、内部结构等可分为零文、一文、二文、三文纳米材料。原子团簇、纳米涂层、纳米体块、纳米管等等都是纳米材料。
纳米材料粒径的大小和其表面能、表面张力和表面原子数都有着密切的关系，都成反比。由于粒径的减小导致比表面积增大，产生了的五大效应，包括体积效应、表面效应、量子尺寸效应等效应。这些特殊的效应使得纳米材料具有许多奇异的热、磁、光等特性以及非常高的催化活性，并且，这些特性是不同于常规体相材料的，因而备受关注。
人们通过物理方法和化学方法作为制备纳米粒子的主要手段，例如：机械球磨法、微乳液法、水热合成法、真空冷凝法、微乳液法、溶胶凝胶法等等。[1]物理方法较化学方法相比，前者合成的产物杂质较多，粒径大小也不均匀，且制备条件较为严格；而后者可合成得到尺寸大小可调，纯度较高且分散性良好的纳米粒子，制备条件较为简单。
1.1.2 金纳米颗粒
在贵金属纳米粒子的研究和应用领域中，金纳米粒子（Au NP）占有非常重要的地位，具有诸多优异的物化和光电特性。斯坦福大学的Komberg小组[2]在Au NP的合成领域做了大量建设性的研究工作。该小组发现其合成的Au NP表面覆有单层硫醇，能起一定保护作用。他们利用X射线衍射技术分析了合成的Au NP的结构时发现单个Au NP的结构中包括102个成球状排列的Au原子和44个硫醇分子。对于Au NP而言，由于其尺寸处于纳米级，所以相对于宏观物质表现出许多不同的特性。另外，Au NP还具有比其他粒子高的表面活性和表面自由能、较高的化学稳定性和良好的生物相容性，这使得Au NP被广泛应用于功能材料、化学工程、催化反应、光电子学、信息存储、传感影像、医学检验、药物传输和生物标记等领域。通过精确调控Au NP的结构形貌和尺寸大小，其性质和功能可以表现出多样性。目前，化学还原法是制备Au NP最常用的方法，其中主要包括柠檬酸钠法、白磷还原法、琉基配体法、硫氰酸盐法、电化学法、模板法、晶种生长法、光化学合成法和微乳液法等。另外，随着研究工作的广泛持续开展，研究人员更是开发出了很多无毒无害的工艺方法用于制备Au NP。比如借助从微生物或天然植物中提取出来的物质合成Au NP这种既简单高效又绿色环保的方法，未来有望替代传统的合成方法用于制备多种多样的Au NP。[3,4]Au NP拥有诸多独特的物化、光电和量子性质，而且便于进行表面改性修饰，其制备方法也是多种多样日益完善。由此来看，随着研究工作的不断推进，Au NP的应用将会越来越普遍，产生的价值也会越来越高。[5]
纳米颗粒有一种重要的光谱表现形式——传感性质。它是一种物理光学现象，金属表面因为入射光的照射，发生了相互作用，激发释放出许多集体振荡的自由电子。当自由电子和入射光的频率达到共振时，就会产生等离子共振效应，在紫外可见光谱中表现出特征吸收峰。如图1-1。Mie理论[6] 便是简单描述的纳米颗粒光学响应的模型，具体形式如下：
（1.1）
其中，E(λ)是吸收和散射的总和；NA是纳米颗粒的局部密度；α是金属纳米球体的半径；εm是金属纳米球体周围介质的介电常数；λ 是入射光波长；εi是金属纳米球体介电常数的虚部；εr是金属纳米球体介电常数的实部。从（1.1）可以中看出，若要达到LSPR的共振条件，只需要分母中的共振项[(εr+2εm)2+εi2]接近零即可。不同微观结构的Au，Ag等纳米材料会在紫外可见光谱上呈现出不同的但很强的吸收峰。这是由于其内部存在强烈振荡的自由电子，能在金属表面产生非常强等离子共振。上述的各种现象决定了其具有很强的表面等离子体共振效应。人们为得到金属纳米粒子局域等离子体共振光谱，从它们不同的组成结构等方面进行研究。目前应用各种研究中应用到的各种类型的传感器就是利用Au NP的敏感性制备的。
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