宏观厘米级银纳米结构的制备及其应用研究

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银纳米结构因其优异的光学、电学、热学、磁学和催化等独特性能而得到人们的广泛关注,但由于合成方法所限,银纳米结构很难达到宏观厘米级,致使很多有关银纳米材料的研究工作无法用常规手段进行展开,其很多独特的性能和广泛的应用尚未被发现和利用。因此,本文选取合适的银离子导体薄膜,结合真空热蒸镀工艺,利用固态离子学方法在不同的外加电流作用下成功制备出宏观厘米级的银纳米结构。利用场发射扫描电子显微镜和其附带的能量散射光谱仪观测了银纳米结构的表面形貌和化学组成,并研究了此纳米结构在表面增强拉曼散射和透明导电薄膜方面的应用。具体内容如下:选取合适的真空热蒸镀参数,在石英玻璃基底上制备出高质量的银膜电极和银离子导体RbAg4I5薄膜。当电极两端施加IμA、4μA、7μA和10μA的外加电流强度时,阴极边缘分别生长出银纳米线丛、银纳米线束、银纳米线薄片和银纳米线阵列不同形态的纳米结构。通过对银纳米结构分形维数的计算,进一步探究了宏观厘米级银纳米结构的生长机理。实验结果表明,这种不规则形貌银纳米结构的出现与不规则电极界面和顶端生长优势有关。当外加电流为7μA时,制备得到的银纳米结构在宏观形貌上呈树枝状,长度为3cm,分形维数为1.70,且纳米线的直径分布为80~180nm,表明阴极边缘生长的银纳米结构最多,组织排列最为紧密。选取罗丹明6G(R6G)溶液作为探针分子,利用显微共焦激光拉曼光谱仪测量了不同形貌银纳米结构SERS基底的拉曼增强散射特性,并用此基底的表面增强拉曼光谱法检测水溶液和牛奶溶液中的三聚氰胺。当采用外加电流为4μA和10μA时制备的宏观厘米级银纳米结构作为基底时,能够探测到R6G溶液的极限浓度分别为10-16mol/L和10-15mol/L,说明不同形貌银纳米结构基底的SERS活性相差较大,其主要取决于纳米结构的排列有序度和表面粗糙度。选用有序排列的银纳米线阵列作为SERS基底时,水溶液和牛奶溶液中三聚氰胺的检测效果最好,其极限浓度分别为10-16mol/L和10-10mol/L。选取宏观厘米级银纳米线作为导电材料,利用滴涂法制备了透明导电薄膜。利用紫外可见光分光光度计和四探针测试仪来表征所制备的导电薄膜的光电性能,并研究了分散剂含量和滴涂次数对薄膜光电性能的影响。为了满足光电器件对银纳米线透明导电薄膜的透光率和方阻的要求,我们选取分散剂含量为15%,滴涂次数为2次时,所制备的薄膜的光电性能最优。在此基础上,还研究了银纳米线的形貌对薄膜光电性能的影响,结果表明7μA电流下的银纳米线制成透明导电薄膜时,薄膜的光电性能最好,其透光率和方阻分别为 87.3%和 15.80Ω/sq。
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