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纳米银粒子的制备及其应用

1.本课题的研究目的和意义：

1）了解量子点的概念和特性

2）了解纳米银的性质

3）了解纳米银的制备方法

4）了解纳米银的应用

5）掌握离子交换法制备CdS/Ag复合微粒的正交实验研究，了解其基本原理和制备方法

意义：近年来人们正在不断探索制备纳米银粒子的新方法，研究纳米银粒子的制备方法对于未来的实际运用将具有十分重要的意义。纳米银粒子自从问世以来一直深受入门的关注，这不仅因为其具有独特的电子特性，光学特性，催化特性。更因为纳米银粒子是一种非常有用的纳米材料，它的应用及为广泛。

①在抗菌领域的应用

随着生活水平的提高，人们对健康安全的生活方式愈来愈关注。研究表明，日常生活中人们频繁接触的许多用品上都带有大量细菌，直接威胁着人们的健康。因此，研发高效无(低)毒的抗菌剂是一个既有社会意义又有经济意义的课题。由于银离子突出的杀菌效果、安全性以及外观颜色，在无机抗菌剂中多以银离子作为抗菌成分。但由于银的成本高，而且银离子化学性能不稳定，影响了它的应用。俄罗斯电化学研究所的专家研制出了含有纳米级银粒的涂料。这种涂料涂在板材上可以有效杀死附着在板材表面上的多种病菌，且其杀菌有效性能可保持近8个月。而且与普通银粒相比，尺寸仅为数十纳米的银粒具有更强的生物化学活性。漆、颜料、珐琅等涂料中加入这种银粒，便可获得杀菌的特性，从而减少人们感染病菌的可能性。

抗菌陶瓷是一种保护环境的功能新材料，是在制陶原料中，特别是在陶瓷釉中加入了无机抗菌剂制成。刘维良等叫采用液相共沉淀法制得纳米磷酸错载Ag抗菌粉体材料。其突出特点是颗粒尺寸小、粒径分布窄、抗菌广、高效、持久、耐热和无毒性"纳米磷酸错载Ag抗菌剂在日用陶瓷釉中质量分数达到2.0%时，抗菌陶瓷餐具的抗菌率可达99.9%以上，对日用陶瓷的生产工艺和技术性能以及微观结构影响不人，其技术性能均符合国家日用瓷质量标准要求。

保鲜膜能够控制储藏环境的气体和湿度，延缓果蔬的采后衰老。利用纳米技术，可以使常规保鲜膜具备气调、保湿和缓释防霉等多种功效。李喜宏等以常规LOPE保鲜膜配方组分为载体，添加含银系纳米材料母粒，吹塑研制出纳米粒径40~7Onm的纳米防霉保鲜膜，通过缓释的溶出金属离子如Ag+等，可以阻止微生物的酶合成。结果表明，己接种灰霉菌的PDA培养基,经质量分数为4%的Ag系纳米母粒浸提液浸泡的滤纸圆片，在26~28℃恒温培养条件下，其最大抑菌效率较对照物提高1倍，质量分数为4%Ag系纳米材料保鲜膜制品圆片的最大抑

②在催化领域的应用

井立强等采用光还原沉积贵金属的方法制备Ag/ZnO复合纳米粒子，并应用在光催化氧化气相币庚烷反应中。实验表明，在Zno纳米粒子的表面上沉积适量的贵金属后，其催化活性大幅度提高，如沉积过量，反而会使催化活性降低，主要是由于在半导体粒子表面沉积的过量贵金属成为光生电子和空穴的复合中心，而不再是光生电子的捕获陷阱。

③在超导领域的应用

据报道，用7Onm的银粉制成的轻烧结体做热交换材料，可使制冷机工作温度达到0.01~0.OO3K，效率较传统材料高30%。通过研究不同含量纳米银掺杂的(Bi,Pb)2Sr2CuзOз块材,发现纳米银掺杂使材料熔点降低,加速了高Tc(Tc指临界温度，即从正常状态到超导态的过程中，电阻消失的温度)相的形成；纳米银掺杂人人提高了磁通蠕动激活能，其中最佳掺杂15%(质量)Ag时激活能提高5~6倍；纳米银掺杂样品的钉扎能U(H)随磁场降低比非掺杂样品要慢，改善了磁场下的传输性能；纳米银掺杂使晶间损耗峰向高温移动20K，改善了晶界弱连接，并大大增强了晶界的涡旋钉扎能力.将纳米银引入超导材料的合成中，大大推动了超导领域的发展

④在光学领域的应用

纳米银可用作表面增强喇曼光谱(SERS) 的基质，实验证明SERS谱的获得与吸附分子的电性及纳米银的表面电性有关。根据分子的电性，选取不同电性的纳米银，可以获得较强的SERS谱，进而扩大SERS的研究范围。同时，纳米银粒子由于其表面等离子振荡吸收峰附近具有超快的非线性光学响应，科学家发现把纳米银掺杂在半导体或绝缘体中，可获得较大的非线性极化率，利用这一特性可制作光电器件，如光开关、高级光学器件的颜色过滤器等。

2.基本内容：

原理: 采用正交实验法，利用离子交换及紫外光辐照法在磷酸盐玻璃中制备了CdS/Ag复合微粒。通过对正交实验结果的分析以及扩散方程的求解发现影响离子交换的主要因素分别是熔盐的浓度、离子交换的时间、温度，其中温度对实验结果的影响不大。通过对玻璃的发光性能研究了解玻璃中Ag的不同化学状态，发现在325nm光激发下，玻璃中Ago－Ag+和(A93)2+等银簇分别在420，530nm附近发光，各发光带强度与玻璃中不同化学状态银的浓度成正比。

实验内容: 

(1)将分析纯的Cds、Na2S、P2OS按一定比例混合均匀，加入到已预热的柑蜗中，升温至1300e保温一段时间后直接浇注在不锈钢模具内，室温下快速冷却后将形成的玻璃在300e下退火处理24h以消除应力，然后将制得的玻璃在管式炉中热处理制备出含CdS的玻璃。

(2)将制得的玻璃切割成20mm×20mm样品，通过减薄、抛光、制成厚度为0.12-0.2mm的样品。将该样品浸入AgNOз和NaNO3混合溶液中进行离子交换，冷却至室温后取出样品，洗去样品表面的NaNO3。

(3)用岛津uv-3150紫外—可见近红外分光光度计分别测试离子交换后样品的吸收曲线。

根据上述离子交换的正交实验分析结果及得到样品的表面均匀性，我们选取其中较好的样品进行紫外光照实验，考察离子交换浓度、时间对实验结果的影响。并对所得到的样品进行吸收光谱和荧光发光光谱测试。

 

摘要

半导体量子点是一类重要的光电材料，具有量子尺寸效应!库仑阻塞效应！介电受限效应等新的现象：分散在透明基体中的贵金属量子点在表面等离子体共振吸收频率附件具有较大的三阶非线性系数，从而在光学、材料科学等方面具有重大的应用前景。

本论文分别在磷酸盐玻璃基体上制备出cds、cds/Ag微粒,具体工作及主要结论如下：

1.用玻璃沉淀技术制备了CdS量子点并对其性能进行表征。发现采用该技术可以在磷酸豁体系中制备高浓度的CdS量子点，粒子分布均匀且粒径比较均匀。吸收光谱和荧光发光光谱中均发现红移现象，表现出明显的量子尺寸效应。荧光发光光谱主要由表面缺陷态发光和带隙发光组成，且缺陷态发光强度高于带隙发光强度，提高热处理温度可以改善晶体的完整性，从而降低缺陷态发光强度。量子点的尺寸与生长时间基本上呈t的二分之一次方关系。

2.采用玻璃熔融法，通过紫外灯光照并辅以热处理诱导玻璃内部Ag微粒的析出,在CdS-P2OS-Na2s体系中制备了含cds/Ag的微晶玻璃。实验中发现通过紫外辐照可以使半体CdS产生自由电子，该自由电子作为金属银的还原剂来还原金属银；cds与Ag之间存在能量转移，从而导致其发光消失；可以通过控制熔盐的保温时间分别制备出CdSсоге-Agshell与Agсоге-CdSshell微粒。

3.采用正交实验法，利用离子交换法在磷酸盐玻璃中制备了cdS/Ag复合微粒。通过对正交实验结果的分析及扩散方程的求解，发现影响离子交换的主要因素分别是熔盐的浓度、离子交换的时间、温度，其中温度对实验结果的影响井不明显。玻璃的发光性能取决于玻璃中Ag的化学状态,在325nm光激发下，玻璃中Agо-Ag+和(Ag扩十等银簇分别在420，530nm附近发光，各发光带强度与玻璃中不同化学状态银的浓度成正比。

4.通过在CdS里掺杂不同含量的Se制备CdSSe晶体可以调节其带隙宽度，吸收谱中发现其吸收边的移动是由量子尺寸效应以及Se的不同含量共同作用的结果，反映在宏观样品上就是其颜色发生明显的变化。

关键词：量子点，离子交换，光还原，CdS，Cds/Ag

 

目录

第一章　引言 1

1.1量子点的概念 1

1.2量子点的特性 2

1.2.1量子尺寸效应 2

1.2.2介电受限效应 4

1.2.3量子隧穿效应 4

1.2.4库仑阻塞效应 5

1.2.5非线性光学效应 6

1.3纳米银的性质 6

1.3.1表面增强拉曼散射 6

1.3.2三阶非线性效应 7

1.4纳米银的制备 7

1.4.1光还原法 7

1.4.2电化学法 8

1.4.3激光烧蚀法 8

1.4.4化学电镀法 8

1.4.5真空蒸镀 9

1.4.6离子交换法 9

1.5纳米银的应用 9

1.5.1抗菌材料 9

1.5.2催化作用 10

1.5.3超导方面 10

1.5.4光学方面 11

第二章　离子交换法制备CdS/Ag复合微粒的正交实验研究 12

2.1前言 12

2.2Cds/Ag复合微粒的离子交换法制备 12

2.3实验结果与分析 13

2.3.1极差分析 13

2.3.2方差分析 16

2.3.3紫外－可见近红外吸收光谱 17

2.3.4光致发光光谱 19

2.3.5本章小结 20

结  论 21

参 考 文 献 22

致  谢 24

 

参 考 文 献

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