基于二维胶体晶体模板的氧化锌和贵金属微纳结构材料的可控制备及其光学性质研究

作     者：杭金婷 

作者单位：南京大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王振林

授予年度：2013年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：微纳结构材料 可控制备 光学性质 氧化锌 贵金属 二维胶体晶体模板 

摘      要：光学微纳结构是近年来材料科学、光子学及其交叉等领域研究的重要方向,研究人员通过对材料的物性和结构的设计,以期实现对光的激发、传输和辐射等性质的调控。低维氧化锌（ZnO）半导体纳米结构及其有序阵列的制备与光电性能近年来得到了广泛的关注,人们正研究和探索这类半导体微纳结构在高性能光电器件和生化传感等领域的潜在应用。 本文的主要工作是发展了一种利用二维胶体晶体的模板复制技术,实现氧化锌纳米线、贵金属有序微纳结构可控制备的新方法,研究了结构参数的控制技术,以及这类微纳结构体系的光学和电学特性。论文包含以下几个部分： 1.我们首先采用二维胶体晶体为衬底,通过真空蒸镀的方法在其表面覆盖金半球壳阵列结构,并以此为电极,结合电化学沉积制备了分布在球壳表面的氧化锌纳米线阵列结构;对这一类氧化锌纳米线阵列结构的光学和电学特性进行了初步的表征;论文尝试了通过改变氧化锌纳米线的电化学生长条件（如电解液浓度、电量、温度等）,来调控氧化锌纳米线结构参数的可行性。同时,论文还对比了在平坦金薄膜衬底、金三角形纳米颗粒阵列,与半球形曲面衬底上制备的氧化锌纳米线的形貌特征和基本光学性质的特点与差异。 2.研究了利用乙二醇（Ethylene Glycol, EG）还原水热法制备了单晶金属银（Ag）纳米线的实验方法,探讨了水热反应过程中溶液中阴、阳离子对单晶银纳米线生长的影响,发现铜离子（Cu2+）具有可以将溶液中吸附在孪晶Ag纳米颗粒表面的氧移除,并促进单晶Ag纳米线的生长的关键性作用。论文也对银纳米线的单晶特性和光学性能进行了表征。我们期望利用生长单晶金属纳米线的技术及其表现出的优异的光学特性,来挖掘其在生物传感和生物医药等方面的潜在应用。 3.论文利用聚苯乙烯微球自组织形成的二维胶体晶体为衬底,通过在其表面沉积（二氧化硅）介质层,形成所谓异质结构胶体晶体（Hetero-colloidal Crystal）.然后再沉积金属膜,研究了这类等离激元结构的光学透射特性;实验证实通过改变介质层的厚度可以实现对体系光学共振透射特性的有效调控;借助数值计算及相关模式场分析,给出了此类体系中的共振透射现象依赖于中间介质层的模式耦合机制。