摘 要

随着纳米技术活跃于各个科技领域，研究适应科技发展的纳米材料成为全世界的热点。贵金属纳米微粒由于具有独特的电，光，化学性质而被应用于生物传感，光电子器件等方面，特别是应用在SPR传感技术方面。SPR传感技术主要涉及纳米金属膜的等离子波与入射光波的共振效应。不同的金属膜制成的传感器由于其表面等离子体共振效应的不同在性能方面有着很大的差别，所以详细系统地研究纳米银膜在光学方面的特性与其制备条件的关系有着极其重要，对在实际应用中制备金属纳米银膜有着重要的借鉴意义，方便人们制备质量更高的纳米银膜。

本次毕业设计的主要是研究金属纳米银膜的制备条件与其光学表征的关系，特别是其消光光谱.重点在于探究不同的制备条件和不同的膜层数对所得到的纳米银膜消光光谱的影响。通过分别改变反应搅拌时间，分散剂的用量，环境温度，反应物浓度制备出12组纳米溶胶样品，然后用紫外分光光度计测量它们的消光光谱。通过分析它们的消光峰波长和峰值强度，以及谱线的半高宽可以分析出不同条件下得到的纳米银溶胶的质量（包括粒子的平均大小，粒度分布，粒子间隔等），从而得出最佳的制备方案。接着用制得的纳米银溶胶通过静电自组装法制备单层和多层纳米银膜，多层纳米银膜可以通过在单层的纳米银膜上重复相关的步骤制备出来。

研究结果分析表明，制备纳米银溶胶的反应搅拌时间至少要大于1h才能保证分散剂起到足够的保护作用；分散剂PVP的用量在100mg最为合适，既能起到降低粒子团聚的几率，保证粒度分布均匀，同时又不影响反应的进行；反应环境温度在室温（25°）最为合适，在此温度下很好地平衡了晶核的生成速率和生长速率；反应物浓度选择在0.006mol/L左右最为合适。

本文特色在于详细系统地研究了纳米银的制备条件与所得到的纳米银溶胶消光光谱的关系，对纳米银膜的进一步优化有着重要的意义。

关键词：银纳米膜；静电自组装；粒度分布；消光光谱

Abstract

Along with the development of nanotechnology is active in various fields of science and technology, studying the nano materials adaptive to science and technology development becomes a hot topic in the world. Due to its unique electrical, optical and chemical properties, the noble metal nanoparticleshave been used in biosensing, optoelectronic devices, especially the SPR sensing technology .SPR sensing technology is mainly related to the resonance effect of the plasma wave and the incident light wave of metal film.Different sensor made ofmetal films due to the difference of surface plasmon resonance effect is different in the performance .So it is very important to study the relationship between the optical properties and the preparation conditions of metal nano silver films in detail, it is of great significance for the preparation of metal nano silverfilms in practical applications,is convenient for people to prepare the nano silver film with high quality .

The graduation project is mainly to study the relationship between the preparation conditions and optical characterization of metal nano silver films, especially the extinction spectra.The key point is to explore the influence of different preparation conditions and different layer number on the extinction spectrum of the nano silver film.By changing the reaction time, the dosage of the dispersant, the ambient temperature and the concentration of the reactant, the 12 groups of nano sol samples were prepared,then their extinction spectra were measured by UV spectrophotometer.By analyzing their extinction peak wavelength and peak intensity, as well as the half height width of the spectral line, the quality of the nano silver sol under different conditionscan be obtained(Including the average size of particles, particle size distribution, particle spacing, etc),so as to obtain the best preparation program.The monolayer and multilayer nano silver films were prepared by electrostatic self-assembly method,multilayer nano silver film can be prepared by repeating the related steps on the monolayer of nano silver film.

Analysis of the results of the study showed that the reaction stirring time is more than one hour to ensure that the dispersion agent played a sufficient protective effect.The dosage of dispersant PVP is the most suitable for 100mg, it can not only reduce the probability of particle aggregation, but also ensure that the particle size distribution is uniform,it does not affect the reaction at the same time. Reaction environment temperature at room temperature (25 degrees) is the most suitable, and the formation rate and growth rate of crystal nucleus are wellbalanced.The most suitable reactant concentration is about 0.006mol/L.

The characteristics of this paper is to study the relationship between the preparation conditions of nano silver and the extinction spectrum of the nano silver sol, which is of great significance to the further optimization of the nano silver film.

Key words：silver nano film; electrostatic self assembly; particle size distribution; extinction spectrum

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 目的及意义 1

1.2 背景及现状 1

1.3 主要内容及章节安排 3

第2章 理论基础 4

2.1 贵金属的表面等离子体共振 4

2.2 贵金属的局域表面等离子体共振 6

2.3 倏逝波 8

2.4 静电自组装技术 8

第3章 纳米Ag的制备与其光学特性 10

3.1 制备纳米银溶胶反应原理 10

3.2 主要实验流程 10

3.3 标准样一次和二次还原液的吸收光谱 13

3.4 反应搅拌时间对纳米银溶胶光学性质的影响 14

3.5 分散剂用量对纳米银溶胶光学性质的影响 18

3.6 环境温度对纳米银溶胶光学性质的影响 21

3.7 反应物浓度对纳米银溶胶光学性质的影响 24

第4章 纳米银膜的制备与其光学特性 28

4.1 静电自组装法制备纳米银膜 28

4.2 单层和多层纳米银膜 30

第5章 结果与讨论 31

参考文献 32

致 谢 34

绪论

1.1 目的及意义

由于纳米技术发展迅速，纳米材料已经成为材料学科学研究的前沿热点。由于纳米微粒的粒径远小于一般的物质材料，因此纳米颗粒在物理化学方面的性质也不同于一般的物质材料,它的形貌在很大程度上决定了它的光电特性^[1]。纳米颗粒有着许多特有的性质，其中包括小尺寸效应，表面效应，量子尺寸效应等^[2-4]。由于纳米材料有着很大的比表面积，所以纳米材料对外界环境的变化有着极其敏感的反应特性，原因在于外界环境的变化会使得纳米材料的表面等离子体发生改变。纳米材料这些大小相关的特性已被研究和利用在各种电子和光学器件，防静电材料，工业催化材料中^[5]。其中金属银纳米颗粒由于具有独特的电，光，化学性质而引起广泛的关注，国内外学者都在对它展开研究，特别是应用在SPR传感技术方面。SPR传感技术主要涉及纳米金属膜的等离子波与入射光波的共振效应。纳米金属材料的表面等离子体共振与纳米颗粒的粒径，形貌以及粒度分布有关。

通过不同的金属膜制成的传感器由于其金属膜表面等离子体共振效应的不同而使得传感器在性能方面有着很大的差别，所以详细系统地研究纳米金属膜在光学方面的特性与其制备条件的关系有着极其重要的意义，有利于纳米银膜的进一步优化。

1.2 背景及现状

银作为一种重要的贵金属，具有很多优点，例如较好的物理化学稳定性，良好的导电性等。纳米技术的迅速发展带动了纳米材料在各个方面的应用。银纳米材料被广泛地应用于医疗诊断，生物传感器等方面。其中纳米银具有非常稳定的物理和化学特性，将纳米银颗粒通过化学方法复合到基底中，得到的基底会表现出特殊的光电特性。纳米银成膜的有效技术目前主要为静电自组装法。自组装技术所需的纳米银颗粒要求粒径均一，分散性好，所以对制备纳米银的技术工艺有着严格的要求。制备贵金属纳米微粒的方法大致分为两大类：物理法和化学法。物理法即采用物理的方法将金属分散为纳米级小颗粒，化学方法则是采用将该种金属的化合物作为反应物，利用化学还原反应还原出该金属，即生成相应的纳米微粒，且在反应过程中可以控制金属纳米微粒的生长，使其大小维持在我们需要的范围内，所以化学法相对于物理法来说制备的纳米微粒粒径更容易得到控制，所以我们实验一般采用简单易行的化学法来制备金属纳米微粒。