南开大学百项工程项目进展中期报告书写 - 图文

项目编号：BX9-290

南开大学本科生创新科研“百项工程”

项目进展中期报告书

项目名称： 贵金属纳米阵列的制备及其

局域表面等离子共振效应研究

负 责 人： 李灵毓 . 指导教师： 刘国华 . 所在院系： 信息技术科学学院 . 联系电话： 13820782489 . 电子信箱： 410416001@qq.com .

填表日期：2011年 10 月 21 日

院（系）名称： 信息技术科学学院 2011年 10月 21日 项目编贵金属纳米阵列的制备及其局域表面等离子BX9-290 项目名称 号 共振效应研究 项目组成员 具体分工 个人完成情况及对项目的贡献 辅助理论仿对相关领域的科研水平做了一个大致的总结，真、进行数比如已经做出了哪些阵列等。初步了解了origin李灵毓 据处理还有软件的使用，进行了一些简单的数据拟合，形成了相关资料的相应的连线图，得到全部仿真数据便可开始进行数查找 据拟合，最后与实验数值进行对比。 刘畅 DDSCAT的编程及理论仿真 负责模板法纳米环制备工艺、相关材料及实验条件的准备 负责化学法纳米环制备工艺及试剂的购买 刘国华 赵宇丹 夏继业 已经逐步熟悉仿真软件DDSCAT，能利用离散偶极近似（DDA）来计算目标形状的的消光光谱、周围电磁场分布及折射率等。并且已经使用其仿真过了多种几何形状，如球形、圆柱形、椭球形等等。而纳米环的仿真也已经初步完成，但是还有少数问题需要解决。 已经熟悉掌握模板法制作纳米环的原理以及每一个步骤，实验所需所有化学试剂也都备齐，利用该方法的纳米环形成关键——聚苯乙烯球从苏州微纳科技有限公司购臵，计划十月底进行实验制备。同时将成品特性与仿真结果相对照。 已经对本方法的基本原理与化学试剂的特性有详细了解，并对实验的条件要求有一定研究。药品已全部备齐。由于对环境温度要求较高，指导老师建议在天气冷一点的时候开始制备。制备结束后可以与模板法的结果特性及仿真结果相比较，得出三者差异、优化后尝试实际应用。 指导教师 2

项目进展情况（包括已完成任务、阶段性成果、预期工作计划等）： 一、理论仿真： 1．已完成的任务： ①逐步使用和熟悉基于DDA算法的仿真软件DDSCAT.可以用DDSCAT计算单个纳米颗粒的消光光谱以及周围电磁场分布，而且可以分析多个纳米颗粒组成的纳米颗粒团簇，或者纳米阵列的消光光谱。 ②目前可以根据不同形状的纳米颗粒进行离散分析，现在已经通过DDSCAT仿真出一些简单的纳米颗粒，包括球形的，椭球形，圆柱形。目前正在仿真纳米环，但是还有部分问题需要解决。 2.预期工作计划： ①利用DDSCAT自己编译偶极子生成文件，原则上可以分析各种不同形状的偶极子，从而仿真出得到自己想要的纳米环的数据。 ②将仿真出来的数据和实验结果进行对比,对实验结果进行分析，得到最符合理论值的制备纳米金属环的方法。 二、实验制备： 1.已完成的任务： ①已经具备两种制备纳米环的方法——模板法（物理方法）和化学方法。 ? 模板法大致原理如下： a.基底的清洁过程 将硅晶元用锋利的刀具切成小片，将小片在酒精和超声波的环境下洗涤10分钟脱脂，在氮气流的环境下晾干。实验前将样品用纯水彻底的洗涤在氮气的环境下将之晾干。高定向热解石墨片用的清洁方式同硅晶元。两种基板在被放进聚苯乙烯球的容器以前，都必须转移到纯水里浸泡五分钟。 b.模板的制备： 由于漂浮的聚苯乙烯球在水和空气的界面处对表面张力很长敏感。盛装的容器应该适当的清理，且远离任何可能影响其表面张力的化学用品。聚苯乙烯球分散在溶液中的过程是通过把0.15 μL 硫酸加入到含有0.5% 苯乙烯, 49.5% 聚苯乙烯球 (用10% 的水浸泡), 还有 50 vol %乙醇。将混合物通过超声波处理15分钟确保各种成分均匀分散。为了形成大面积的，二维有序的聚苯乙烯球，可将容器微微倾斜，使其渐渐附着在基板上，最后的蒸发掉水分形成实验所需的模板。 3

c.金属在基板上的沉积 将300 μL10毫摩尔的金属盐浇筑在附有聚苯乙烯球的1平方厘米的基板上，过程持续2~4小时，随后样本用水清洗，且在纯水中浸泡1分钟。然后将基板浸泡在300 μL 1毫摩尔的NaBH4的溶液中。最后样品用超纯水清洗，在氮气流下干燥。最后用氯仿移除聚苯乙烯球。 ? 化学法大致原理如下： 柠檬酸钠缓冲溶液中加入NaBH4与银离子的混合液，再通过加入NaOH升高PH值,加快还原反应得到因纳米环。紫外可见光吸收范围内显示为横向和纵向表面等离子体共振的两个高峰分别为400纳米和600至700纳米。这些银纳米环的形状取决于AgNO3/NaBH4比例，pH值，反应温度在21 ± 0.5 摄氏度下4 ml 0.001Mol的硝酸银溶液与不等量的NaOH溶液分别存放在七瓶试剂瓶中，并且使其搅拌均匀。同样体积的5.10-3Mol硝酸银(0.35 mL)和10-2 Mol的NaBH4 (0.15 mL)溶液同时快速的加入到七个试剂瓶中，剧烈的搅拌，并且放臵在黑暗中，同样的实验步骤在25± 0.5摄氏度环境下重复，且对比结果。 ②已经具备的实验条件及化学试剂、材料 已经采购齐全两种方法所需相关化学试剂：氢氧化钠溶液、浓硫酸（99.999%）、硼氢化钠溶液（98.5%）、氯仿、超纯水、二水四氯金酸钠（99.99%）、聚苯乙烯球（直径505nm来自苏州微纳科技有限公司）。 实验条件的准备：实验室位于附中二号楼216、恒温箱（用于提供21 ± 0.5以及25± 0.5摄氏度恒温环境）、通风柜、冰箱、试管、烧杯、取液装臵、口罩、手套等。 2.预期工作计划： ①在十一月初开始着手模板法的制备，预期在半个月至三个星期内有一个较成熟的制备方案与成品。制备方案的优化取决于仿真结果，可反复进行实验制备来符合仿真的最佳物理几何特性。 ②在模板法制备成功之后开始着手化学法的制备，此时天气温度因素较适合制备。以同样方法找到最优化的制备方案和成品。 ③将仿真出来的数据和两种实验方案的结果进行对比,对实验结果的不同进行几何排列与物理特性分析，得到最符合理论值的制备金属纳米环的方法。在制备方案的优化创新以及符合仿真的最佳特性的结果基础之上发表论文。 4

经费使用情况： 材料费：457 办公用品：151.1 复印费：276 审稿费：200 小计：1084.1 项目进行中存在的问题（包括未按原计划实施的原因）及解决办法： 一、理论仿真 二、实验制备 1、化学法取液配液精度要求较高，达到微升级别，拟采用生物分子方面特质的滴管取液以达到精确。 2、化学法中反应的环境温度难以达到0.5摄氏度以内的精确程度，这样会使化学法的实验环境达不到要求从而难以形成纳米环。计划在天气较冷的情况下再利用恒温箱比较容易达到这一要求。 3、模板法基底的制备要求工艺精确，要求通过化学反应形成一层带电的聚苯乙烯球板，其中ps球上带有硫酸根负电荷，而且要排列紧密才可出现毛细现象，任何一步出问题都会导致无法形成纳米环。初步打算多购臵一些聚苯乙烯球进行多次试验达到工艺要求。 4、实验过程中有较多有毒试剂或危险品，应当注意安全。 指导教师意见： 纳米环的制备具有很高的研究和理论意义。由于纳米材料的形状、大小及中心距的不同，它们的一些属性如电磁性、光学特性、光电效应和数据存储都有一些明显的不同。因此针对不同的应用，纳米器件的制造有着不一样的要求。对纳米材料研究制备工艺应向着简单、实惠方向发展。 在仿真部分。。。。。 在试验制备部分中打算用两种制备大面积金属纳米阵列——纳米环的物理化学方法。一种方法是根据基板的特性，制造出不同形状纳米结构，而且生成的纳米结构有着排列整齐，纳米单位的大小可调的优点。另一种化学方法可以形成大面积的纳米阵列，方法简单原理易懂但是排列不够整齐。两者对比具有各自不同的特点。并且在与仿真结果对照物理特性的时候有更多的研究价值。 指导教师签字： 年 月 日 5

院系意见： 组长签字： 年 月 日 教务处意见： （盖章） 年 月 日 6

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