貴金屬納米粒子復合玻璃的制備及光電性能研究.pdf

1、隨著納米科學的發(fā)展，納米材料的制備和光電性質(zhì)方面的研究變得越來越重要。貴金屬納米粒子復合玻璃(本論文中專指貴金屬納米粒子摻雜的硅酸鹽玻璃)由于其中金屬納米粒子的表面等離子體共振效應使它具有超強的三階非線性磁化系數(shù)和超快非線性響應性質(zhì)，被廣泛地用于光子學領域的各個方面，例如光學數(shù)據(jù)存儲、光波導、全光轉(zhuǎn)換開光等等。對于所有的這些應用，貴金屬納米粒子復合玻璃的光學性質(zhì)強烈地依賴于體系中金屬納米粒子的尺寸、形狀、密度和空間分布。在本論文中，我們

2、成功制備了多種貴金屬納米粒子復合玻璃，利用后續(xù)的處理手段實現(xiàn)了對金屬納米粒子上述性質(zhì)的有效控制?？偨Y(jié)具體的細節(jié)工作如下所示：
　　成功制備了多種貴金屬(金和銀)納米粒子復合玻璃。使用了三種不同的材料制備方法成功制備了具有不同金屬納米粒子空間分布的復合玻璃。我們使用熔融-熱處理法制備了金摻雜的硅酸鹽玻璃，金納米粒子分布在整個樣品內(nèi)部。使用離子濺射結(jié)合后續(xù)熱處理方法，在載玻片表面制備了單分散的金納米粒子，這些金納米粒子部分嵌入在玻璃基

3、體中。樣品的吸收光譜反映出金納米粒子特有的吸收峰。結(jié)合不同制備條件下樣品的掃描電鏡照片，討論了這種單分散金納米粒子的形成機理。利用銀鈉離子交換結(jié)合熱處理的方法制備了銀納米粒子復合玻璃，樣品中的銀納米粒子是分布在基體玻璃表面層。
　　自行設計和制作了實驗裝置，實現(xiàn)了硅酸鹽玻璃中金棒的電場輔助溶解?？紤]實驗過程中的多方面影響，自行設計和制作了電場輔助溶解的實驗裝置。并且利用這一裝置實現(xiàn)了硅酸鹽玻璃中金棒的電場輔助溶解。我們利用掃描電子

4、顯微鏡觀察了陽極邊緣附近的樣品區(qū)域的表面形貌，結(jié)果表明一些具有較大長徑比的金棒溶解成準球形的納米粒子，而另外一些仍然保持著一種橢圓形的結(jié)構(gòu)。這一結(jié)果與樣品在這個區(qū)域內(nèi)的吸收光譜結(jié)果相符合?；陔妶鲚o助溶解實驗過程中電流-電壓特性的測量，研究表明金粒子的溶解歸因于電子的隧穿導電和金陽離子的導電。
　　為金納米粒子的電場輔助溶解提供了最為直接的證據(jù)，清晰地描述了金屬納米粒子的電場輔助溶解過程的物理情景。利用電場輔助溶解技術，對使用金靶

5、濺射和后續(xù)熱處理方法制備帶有部分內(nèi)含在玻璃內(nèi)球形金納米粒子的樣品進行實驗。從實驗后樣品表面的掃描電鏡照片中可以發(fā)現(xiàn)，在直流電場輔助熱處理下，原來球形的金納米粒子部分溶解成類似于日蝕-月蝕的形狀；有的粒子甚至被完全溶解，作為結(jié)果在樣品表面上留下了納米孔的結(jié)構(gòu)。這些現(xiàn)象為金納米粒子的電場輔助溶解提供了最為直接的證據(jù)。
　　我們詳細地討論了整個實驗過程中回路中電流隨時間的演化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)當實驗中采用步進式增加電壓形式的加壓工藝時，在每

6、一個電壓增大的最初，回路中的電流都會出現(xiàn)一個非常鋒利的增加過程；接下來在保持這個電壓值不變的時間里，電流會經(jīng)歷一個緩慢衰減過程。初始時電流快速增加的現(xiàn)象表明了電子傳輸?shù)拈_端，這種電子傳輸過程將導致金納米粒子的極化和離子化。電流緩慢衰減過程其實是來自陰極提供的導電電子和離子化的帶正電的金團簇進行中和的過程。我們特別指出，在整個回路電流中只有金陽離子傳輸?shù)呢暙I才是導致金原子從納米粒子上溶解到玻璃體系中的原因。
　　成功制備了具有表面增

7、強拉曼散射效應的基片。通過對濺射條件和熱處理條件的控制，成功制備了具有一定表面增強拉曼散射活性的含有金納米粒子的玻璃基片。結(jié)合樣品表面的掃描電鏡照片，考慮金納米粒子特有的表面等離子體共振效應，討論了此類基片表面拉曼散射增強效應的電磁場增強機理。
　　研究了離子交換法制備的銀納米粒子復合玻璃的飛秒三階非線性吸收性質(zhì)。我們使用波長為800 nm、脈寬為120 fs的鈦寶石飛秒激光脈沖，利用開孔的單光束Z掃描方法，測量了樣品中銀納米粒子