Ag@SiOx六边形自组织结构的显微表征及单颗粒SERS性能研究

发布时间：2020-07-01 05:51

【摘要】：自组织提供了一种新的制备技术和方法,制备的材料结构规则、性能优异,具有重要的研究意义。本文使用共蒸发方法,在多晶Al_2O_3基底上制备出了不同形貌的微米级Ag@SiOx自组织球体,对其进行了详细的电子显微学表征和单颗粒SERS性能测试。主要内容如下:(1)利用扫描电镜表征了球体的表面形貌,发现存在三类球体,分别为“光滑球”、“稀疏球”和“密排球”。光滑球是表面光滑的球体,稀疏球和密排球的球体表面有大小均一、六边形排布的小颗粒。稀疏球上相邻小颗粒间有一定的间距,密排球上相邻小颗粒间紧密相接。(2)用FIB辐照Ag@SiOx自组织球体表面后,观察到柱状的有序结构,并且柱体方向总与离子束入射方向相同。我们认为,这是由于离子束对不同材料的选择性刻蚀造成,在刻蚀过程中表面半球状SiOx粒子起掩膜的作用。(3)通过FIB提取样品截面方法研究自组织球体内部结构,结果显示,三类球体都是实心椭球体。光滑球表面没有SiOx粒子,是一个Ag的椭球体;稀疏球、密排球中椭球体上表面有半球状SiOx粒子规则排布,是粒子包覆型核壳结构。利用TEM进一步研究了Ag@SiOx自组织球体的晶体学信息,结果表明半球状SiOx是非晶体,椭球状Ag是晶体,两相界面由包含原子扭折和原子台阶的{100}晶面组成。(4)以三类典型的单颗粒Ag@SiOx自组织结构为SERS基底,利用激光拉曼光谱仪分别测定了其SERS影响因素和增强效果,测试结果表明,三种球体都具有单颗粒SERS效应,密排球的检测灵敏度最高,稀疏球次之,光滑球最差;密排球对于结晶紫的检测极限最低可达10~(-8) mol/L。Ag@SiOx单颗粒的大小和检测位置不会影响SERS效应,同类型球体结构作为SERS基底具有良好的均匀性。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.37;O641.3
【图文】：

形貌,雪花,贝壳,花朵

图 1-1 自然界中的雪花、贝壳、花朵。Fig.1-1 Self-assembled snowflakes shells and flowers in the nature.目前科研工作者通过多种手段制备了大量形貌丰富、性质多样的的自组织材[2-7]。尤其在纳米材料领域，自组织纳米材料由于其规则的结构可以潜在应用纳米器件中，成为当今纳米技术的研究热点[4-7]。自组织是 SCIENCE 期刊公布当今世界最具挑战性的 25 个重大科学问题之一，具有重要的研究意义。

SEM图像,胶体,聚合物,自组织

水滴、尘埃颗粒构成的云、雾、霾等都是胶体体系。胶体体系的许多物理特性原子体系类似，常被用作放大的原子体系模型来研究物理相变过程[8]。所谓胶体自组织是指胶体物质在非共价力作用下（自由能最小化）自发形成定有序的结构[9-14]，其中垂直沉积法是常用的一种简单、经济的制备方法，实上是通过液体蒸发来诱导生成自组织结构。通常将基片垂直插入胶体溶液中，着溶剂的蒸发，在表面张力和毛细管力的共同作用下，在基片-溶液-空气的三界面上会形成密堆积的胶体自组织结构[12]。图 1-2 是采用油包水微乳液法，将分散的 SiO2纳米球体组装成六方密堆积结构的示意图。通过控制 SiO2的浓度以调控单个微液滴中 SiO2的数目，进而影响脱水后最终生成结构的形貌—高团簇、超粒子或超球体[13]。胶体自组织结构通常形貌比较单一，多为六边形密积结构，以这些结构为模板可制备多种功能材料，广泛用于生产应用中。文献4]报道的通过乳液聚合法生成的六方密堆积盘状结构表现出优异的疏水性能，文[15]报道的六边形均匀分布的 PS（聚苯乙烯）胶体自组织模板上生长的多层g/SiO2材料具有良好的 SERS（表面增强拉曼）性能。

【参考文献】