热注入法制备二硫化钛纳米片及其局域表面等离子体共振(LSPRs)特性研究
本文关键词:热注入法制备二硫化钛纳米片及其局域表面等离子体共振(LSPRs)特性研究
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【摘要】:局域表面等离子体共振(LSPRs)有着非常广泛的重要应用,尤其是在生物应用领域和光电子学领域,比如说生物光热治疗以及光探测通讯,这就需要表面等离子体共振波段与生物窗口(650nm-1350nm)和通讯窗口(1260nm-1675nm)相匹配。然而,对于典型的传统贵金属(Au、Ag)而言,将它们的表面等离子体共振波段从可见区调控到近红外区是很困难的,因为它们本身有着非常大的载流子浓度。本论文我们首次用改进后的热注入胶体合成方法成功制备出了高质量的二硫化钛纳米片(TiS2 NSs),形貌为均匀的片状六边形,结晶性好,纯度高,横向尺寸跟厚度的尺寸分布小,大小均匀。制备出的高质量单晶二硫化钛纳米片,其厚度跟横向尺寸可以很好的调控。我们首次从制备出的二硫化钛纳米片的分散液中观察到了位于近红外区的一个强烈的吸收峰,并且通过调控其尺寸厚度,可将其调控在1000nm-1400nm范围。通过实验和理论计算模拟,这来源于二硫化钛纳米片(TiS2 NSs)的近红外表面等离子共振特性,并且对颗粒尺寸以及溶剂折射率有很强的依赖关系。这也是半金属材料中的表面等离子体共振性质首次被发现,并且同时匹配生物窗口和通讯窗口波段。通过表面改性,使得改性后的TiS2/F127纳米胶束有着很好的亲水性,当处于在808nm和980nm波长激光辐射下,30min后的光热升温效果最大可高达50℃,足以用于生物光热治疗癌症。此外,将其做成TiS2/PMMA的复合膜用来近场增强硫化铅量子点(PbS QDs)薄膜探测器的光探测性能,可使其在1310nm波长的激光激发下光响应性能提高超过100%。二硫化钛纳米片利用其独特的近红外表面等离子体共振特性,在生物窗口以及通讯窗口有着重要的实际应用价值。
【关键词】:表面等离子体共振 纳米片 二硫化钛 光探测器 光热
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TB383.1
【目录】:
- 摘要5-6
- Abstract6-10
- 1 绪论10-24
- 1.1 二维层状纳米材料10
- 1.2 二硫化钛晶体结构10-11
- 1.3 二硫化钛能带结构11-12
- 1.4 二硫化钛的制备法方法12-14
- 1.4.1 块体二硫化钛固相烧结12
- 1.4.2 二硫化钛纳米晶的胶体合成12-13
- 1.4.3 二硫化钛纳米片的液相合成方法13
- 1.4.4 化学剥离法制备少层二硫化钛13-14
- 1.4.5 化学合成法制备单层二硫化钛14
- 1.5 二硫化钛的光学性能14-15
- 1.6 二硫化钛的电学性能15-16
- 1.7 表面等离子体共振16-20
- 1.7.1 金属表面等离子体共振16-19
- 1.7.2 半导体中的表面等离子体共振19-20
- 1.8 表面等离子体共振的应用20-22
- 1.8.1 表面增强拉曼20-21
- 1.8.2 生物成像21
- 1.8.3 光热治疗癌症21-22
- 1.9 本论文的选题意义和研究内容22-24
- 2 二硫化钛纳米片的制备24-27
- 2.1 反应原理24
- 2.2 实验药品及装置24-25
- 2.2.1 实验试剂24
- 2.2.2 实验装置24-25
- 2.3 实验方法25
- 2.3.1 前期准备25
- 2.3.2 实验过程25
- 2.3.3 样品处理25
- 2.4 实验结果表征方法25-27
- 2.4.1 X射线衍射26
- 2.4.2 选区电子衍射26
- 2.4.3 扫描电子显微镜26
- 2.4.4 透射电子显微镜26
- 2.4.5 可见紫外吸收光谱26-27
- 3 二硫化钛纳米片的形貌、微观结构和尺寸调控27-35
- 3.1 改进前制备出的二硫化钛纳米片27-28
- 3.2 改进后制备出的二硫化钛纳米片28-31
- 3.2.1 利用XRD、EDXS对样品进行物性分析28-29
- 3.2.2 二硫化钛纳米片的SEM表征29-30
- 3.2.3 二硫化钛纳米层的TEM表征30-31
- 3.3 二硫化钛纳米晶粒片的尺寸调控31-34
- 3.4 本章小结34-35
- 4 二硫化钛纳米片的局域表面等离子体共振(LSPRs)特性35-43
- 4.1 半金属TiS_2存在LSPRs的重要意义以及理论基础35-37
- 4.1.1 半金属中LSPRs的重要意义35-36
- 4.1.2 二硫化钛存在LSPRs的理论基础36-37
- 4.2 二硫化钛纳米片的LSPRs特性37-39
- 4.2.1 二硫化钛纳米片的吸收光谱37
- 4.2.2 二硫化钛纳米片的LSPRs特性的FDTD模拟37-39
- 4.3 二硫化钛纳米片LSPRs的依赖因素39-42
- 4.3.1 介电常数依赖关系39-40
- 4.3.2 尺寸依赖关系40-42
- 4.4 本章小结42-43
- 5 二硫化钛纳米片在光热治疗上的应用43-53
- 5.1 光热治疗的原理43
- 5.2 二硫化钛纳米片的改性43-46
- 5.2.1 实验方法44
- 5.2.2 TiS_2/F127纳米胶束的亲水性44-46
- 5.3 TiS_2/F127纳米胶束的吸收光谱46-48
- 5.4 TiS_2/F127纳米胶束的光热升温测试48-51
- 5.4.1 实验方法48
- 5.4.2 光热升温曲线48-51
- 5.5 本章小结51-53
- 6 二硫化钛纳米片在等离子体近场增强光探测器上的应用53-61
- 6.1 近红外光探测器光电导材料(PbS QDs)53-55
- 6.1.1 硫化铅量子点(PbS QDs)的优势53
- 6.1.2 硫化铅量子点(PbS QDs)的制备53
- 6.1.3 硫化铅量子点(PbS QDs)带隙的调控53-54
- 6.1.4 硫化铅量子点的表征54-55
- 6.2 二硫化钛增强膜55-57
- 6.2.1 TiS_2/PMMA复合膜的组装55-56
- 6.2.2 TiS_2/PMMA复合膜的表面等离子体共振特性56-57
- 6.3 双层膜近红外探测器57-59
- 6.3.1 双层膜探测器的组装57-58
- 6.3.2 二硫化钛纳米片的近场分布58
- 6.3.3 双层膜近红外探测器的性能58-59
- 6.4 本章小结59-61
- 结论61-62
- 参考文献62-69
- 致谢69-70
- 附录70
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