● 摘要
研究和开发新材料是当今材料科学研究的一大课题。纳米材料的研究是材料研究的一个重要分支。纳米材料通常是指由特征维度尺寸在1—100nm之间的超微粒子组成的固体材料，由于介观效应，纳米材料与体材料相比，表现出独特的物理、化学性质，如量子尺寸效应，表面效应等，引起了材料工作者的极大关注。开发纳米材料在当前急速发展的纳米科学与技术中占有突出的地位，其发展具有广阔的应用前景。本论文在金属纳米材料基础研究方面作了一些尝试。 利用胶体化学法，以溶胶为纳米粒子的来源，从溶胶中获得纳米粒子的方法为人们所常用。但此方法获得的纳米粒子的浓度常常受到限制。胶体化学知识告诉我们，当胶体中悬浮颗粒浓度超过一定值时，胶体粒子将出现长大聚沉现象，从而使粒子尺寸超出纳米量级！另外，浓度较大的胶体，其寿命也较短。而实际应用中，则往往需要高浓度的纳米粒子，以增强其纳米效应。于是我们提出：能否既提高胶体中悬浮粒子的浓度又不会使其粒子尺寸超出纳米量级？其次，能否将液态的胶体体系转变成固态的膜材料，也是我们力求达到的目标；再次，如能制作成高浓度的金属纳米复合材料，将有利于研究和应用开发。本论文首次在实验室实现了上述设想，以传统的胶溶体系为纳米银粒子来源，将它转变成固态膜材料体系；并以该复合膜为研究对象，进行了相关的化学性质研究。 本论文工作总体上可分为两大部分：即样品的制备及样品的光学性质研究。本工作首先以银胶为获取纳米银粒子的来源，利用溶胶—凝胶法（Sol—Gel Technique）,将纳米银粒子掺入明胶基质中，在经过熔胶凝胶化和相关制膜技术，制备出掺入纳米银粒子的明胶复合膜、染料包覆纳米银粒子的明胶复合膜等系列膜材料样品。然后以复合膜样品为研究对象，对他们的光吸收及荧光发射特性进行测量，并将测量结果与对应纯溶液的测量结果进行了比较和理论分析。本论文主要工作及结论如下： 1、采用氧化—还原反应制备出纳米银溶胶，电镜测量银颗粒尺寸分布为10—18nm，颗粒平均尺寸约为15nm。最大吸收峰为403.5nm；验证并解释了银胶的丁达尔（Tyndall）效应实验。从电镜测量和吸收谱角度出发，分析了银胶的光吸收现象，得出随纳米颗粒增大，因交吸收峰红移，光吸收增强的结论。 2、以明胶为基质，银胶为纳米银粒子的来源，实验中首次制备出纳米银粒子的复合膜。电镜测量结果表明，银颗粒确为纳米量级，颗粒尺寸分布为12—28nm，颗粒平均尺寸约为22nm；通过测量复合膜的吸收谱发现，与相应银胶吸收谱相比，复合膜的吸收峰红移52.5nm，谱线线型展宽90nm，谱线在600nm以上出现一个较宽的吸收带。并用量子尺寸效应等理论解释了此现象。 3、使阴阳两种离子型染料荧光素钠（FS）和罗丹明6G（Rh6G）分别吸附在银颗粒表面，通过同样的制膜方法，制作成染料包覆纳米银粒子的明胶复合膜；并对所包覆的染料分子用量进行了理论估算；电镜测量了两种复合膜的银粒子大小、分布和形态。结果表明，银颗粒的尺寸仍然属于纳米量级，只是颗粒尺寸分布增大。颗粒平均尺寸分别为45nm(FS)和30nm(Rh6G)，并且，银粒子以团簇状聚集体方式存在于复合膜中。 4、我们用紫外可见分光光度计对染料包覆纳米银的明胶复合膜吸收谱进行测量，结果发现：FS包覆的纳米银粒子复合膜吸收峰与FS纯水溶液相比，红移约10nm；而用Rh6G包覆的明胶复合膜吸收峰与Rh6G纯水溶液相比，吸收峰稍有红移。并用局域场、表面吸附状态等理论对结果进行了解释。 5、通过对染料包覆纳米银明胶复合膜的荧光发射进行测量，结果发现：用Rh6G包覆的银粒子复合膜荧光猝灭约92%。并对此结果用表面吸附状态、局域场以及分子向表面无辐射能量转移等理论作了解释。 6、最后，本论文总结了以明胶作基质制备的复合膜的优缺点。为克服明胶作基质存在的不足，我们提出了下一步工作的构想：仍然以银胶作为获取纳米银粒子的来源，采用Sol—Gel法，改用SiO2胶态玻璃为基质，制备出掺入银的玻璃薄膜材料，以利于进一步研究和开发应用。