控制纳米颗粒生长的方法技术

本发明专利技术提供用于包括熔融纳米三棱镜的银纳米结构的新型等离子体激元驱动的生长机制。等离子体激元激发驱动并且具有高协作性的该机制，产生双模颗粒尺寸分布。在这些方法中，利用双光束照射纳米颗粒，生长过程可以选择性地在双模分布和单模分布之间切换。对纳米结构生长的该类型协作光控，使得能够简单地通过利用一个光束来关闭双模生长并利用另一光束（在４５０－７００ｎｍ的范围内变化）控制颗粒尺寸，合成具有在３０－１２０ｎｍ范围内预先选择的边长的单色散纳米棱镜。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于纳米颗粒领域，尤其是形成变化尺寸的银纳米棱镜的方法。
技术介绍
纳米团簇是一类重要材料，其在多种不同的应用范围内具有重要影响，包括化学和生物探测、催化、光学和数据存储等。这种颗粒的应用可以追溯至中世纪，对它们的科学研究已经持续了一个多世纪。这些纳米结构典型地由分子前体形成，并且它们现在具有各种各样的成分、尺寸，甚至形状。由于它们不同寻常的和潜在可用的光学性质，尤其纳米棱镜结构已经成为许多研究组近期合成的目标。我们最近报道了一种用于从银纳米球制备纳米三棱镜的高产量光合方法。对于许多纳米颗粒的合成，牺牲小团簇以生长大团簇的奥斯特瓦尔德(Ostwald)熟化机制，被用来描述和模拟此生长过程。这种类型的熟化典型地导致单模颗粒生长。这样，就需要控制该结构生长和最终尺寸的方法。这种方法将必然超出已知的奥斯特瓦尔德熟化机制。
技术实现思路
本专利技术提供了通过将银颗粒暴露于波长在约400nm和700nm之间的光中少于约60小时而形成纳米棱镜的方法。所形成的纳米棱镜具有双模尺寸分布。银颗粒优选地存在于包括还原剂、稳定剂和表面活性剂的胶体中。如果胶体包括稳定剂和表面活性剂，则稳定剂与表面活性剂的比例优选地约为0.3∶1。此纳米颗粒原材料的直径在0.2nm和约15nm之间。所形成的纳米棱镜是单晶结构，且在纳米棱镜的底平面上具有{111}晶面，在纳米棱镜的侧平面上具有{110}晶面，并且显示具有λmax在640nm和1065nm以及340nm和470nm处的等离子体激元(plasmon)带。本专利技术的另一个实施例提供了通过将银纳米颗粒暴露于光的初级波长和次级波长中，以致光的初级波长和次级波长其中之一激发银颗粒中的四极等离子体激元共振，从而形成纳米棱镜的方法。在此实施例中，光的初级波长和次级波长其中之一与银纳米棱镜的面外四极共振相符。在该方法的优选实施例中，光的次级波长约为340nm，光的初级波长在约450nm和约700nm之间的范围内。通过调整本专利技术各实施例中使用的光的初级波长，可以控制所制造的纳米棱镜的边长。当光的次级波长约为340nm并且光的初级波长在约450nm和约700nm之间的范围内时，所制造的纳米棱镜的边长在约31nm和约45nm之间。另外，如果光的初级波长在约470nm和约510nm之间的范围内，则纳米棱镜的边长在约53nm和约57nm之间。另外，如果光的初级波长在约500nm和约540nm之间的范围内，则纳米棱镜的边长在约53nm和约71nm之间。另外，如果光的初级波长在约530nm和约570nm之间的范围内，则纳米棱镜的边长在约64nm和约80nm之间。另外，如果光的初级波长在约580nm和约620nm纳米之间的范围内，则纳米棱镜的边长在约84nm和约106nm之间。另外，如果光的初级波长在约650nm和约690nm之间的范围内，则纳米棱镜的边长在约106nm到约134nm之间。附图说明图1(A)表示利用单光束激发(550±20nm)形成的银纳米棱镜样品的透射电子显微镜(TEM)像，插图表示表征双模尺寸分布的柱状图。图1(B)和图1(C)是表示具有几乎相同厚度(9.8±1.0nm)的两种不同尺寸的纳米棱镜的纳米棱镜堆的TEM像。图2(A)表示单光束激发(550±20nm)下银胶体(4.8±1.1nm球)的紫外-可见-近红外(UV-VIS-NIR)光谱的时间演化。在图中，曲线1为原始胶体，曲线2为在10小时，曲线3为在15小时，曲线4为在19小时，曲线5为在24小时，曲线6为在55小时。图2(B)是两种不同尺寸(类型1的边长＝70nm，类型2的边长＝150nm，厚度＝10nm)纳米棱镜的光谱的理论模型。图3(A)是描述双光束激发(初级550±20nm，次级450±5nm)的示意图。图3(B)是银胶体的UV-VIS-NIR光谱。图3(C)是最终的银纳米棱镜的TEM像(平均边长70±8nm，厚度10±1nm，没有示出棱镜堆的像)。插图表示表征单模分布的柱状图。图4(A)表示对于通过改变初级激发波长(各自中心波长在450nm、490nm、520nm、550nm、600nm和670nm，带宽＝40nm)和次级波长(340nm，带宽10nm)耦合准备的六种不同尺寸纳米棱镜(边长38±7nm、50±7nm、62±9nm、72±8nm、95±11nm和120±14nm)的光谱。(B)边长被绘制为初级激发波长的函数。图4(C)-(E)表示平均边长分别为38±7nm、62±9nm和120±14nm的银纳米棱镜的TEM像。图5(A)表示用532.8nm激光束(NdYAG，约0.2W)激发之前(虚线)和之后(实线)的银胶体的UV-VIS-NIR光谱。图5(B)是用激光诱导转化后的纳米棱镜的TEM像，表示双模尺寸分布。图6是所建议的双模生长机制的示意图，其中为四个类型1的纳米棱镜聚集在一起逐步形成类型2纳米棱镜的边选择颗粒熔融机制。图7(A)是表示图6中所示的二聚物和三聚物中间产物的TEM像。图7(B)和(C)是二聚物和三聚物产物的光谱的理论模型。图8表示在双光束550nm/395nm激发后的银胶体的光谱。395nm对应于银纳米球的偶极等离子体激元。该耦合光束激发图案不影响单模生长过程。图9表示荧光灯管的发射谱。图10(A)是描述当球状银颗粒(4.8±1.1nm)被加到现有的纳米棱镜(边长38±7nm)胶体时，两种可能的纳米棱镜生长途径的示意图。(B)在(A)中描述的银纳米球已经全部转化为纳米棱镜后胶体的UV-VIS-NIR光谱(上面的线)，几乎相同于38nm的起初的纳米棱镜的UV-VIS-NIR光谱(下面的线)。具体实施例方式本专利技术提供一种通过激发表面等离子体激元控制由金属胶体形成的纳米棱镜的生长和尺寸的方法。该方法提供了简单地通过控制窄带光源的激发波长，提供对允许合成具有所需边长的纳米棱镜的单色散(monodisperse)样品的纳米颗粒生长的控制。暴露于具有正确激发波长的光源中，导致金属纳米颗粒表面上的等离子体激元激发。当使用单光束(例如550+/-20nm)时，惊奇地发现所形成的纳米颗粒的悬浮液包括两种不同尺寸的分布，其中较小的纳米棱镜(称为类型1)和较大的纳米棱镜(称为类型2)的平均边长分别在约55nm到约85nm之间和在约130nm到约170nm之间的范围内(图1A)。这些纳米棱镜形成堆，因此侧视允许精确测定纳米棱镜的厚度(图1B-C)。尽管类型1与类型2纳米棱镜的平均边长明显不同，但它们的厚度几乎相同，在约8nm和约11nm之间。两种类型的纳米棱镜都是具有面心立方(fcc)结构的单晶。{111}晶面形成纳米棱镜的顶平面/底平面，而三个{110}晶面形成侧平面。在形成反应过程中，与球状银颗粒相关的在约395nm处的等离子体激元带消失，而与类型1和类型2纳米棱镜相关的具有λmax在约640nm和1065nm处的两个新的强带分别出现。类型1棱镜的带起初中心位于λmax＝680nm，然后逐渐蓝移到λmax＝640nm。众所周知，圆化作用导致蓝移，因此上述蓝移与纳米棱镜的尖端锐度特征相关。位于λmax＝1065nm处的次强带被指为类型2颗粒。如图2A中曲线6所示，除了两个强的表面等离子体激元带外，其它两个具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成纳米棱镜的方法，包括：将银颗粒暴露于波长在约４００ｎｍ和约７００ｎｍ之间范围内的光中，以形成具有双模尺寸分布的银纳米棱镜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金荣超，曹云伟查尔斯，盖博尔拉S麦特瑞克斯，查德A蒙克艾恩，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]