南開(kāi)大學(xué)百項(xiàng)工程項(xiàng)目進(jìn)展中期報(bào)告書寫

1、 項(xiàng)目編號(hào)：BX9-290南開(kāi)大學(xué)本科生創(chuàng)新科研“百項(xiàng)工程”項(xiàng)目進(jìn)展中期報(bào)告書項(xiàng)目名稱： 貴金屬納米陣列的制備及其 局域表面等離子共振效應(yīng)研究負(fù) 責(zé) 人： 李靈毓 .指導(dǎo)教師： 劉國(guó)華 . 所在院系： 信息技術(shù)科學(xué)學(xué)院 .聯(lián)系電話： .電子信箱： .填表日期：2011年 10 月 21 日 院（系）名稱： 信息技術(shù)科學(xué)學(xué)院 2011年 10月 21日項(xiàng)目編號(hào)BX9-290項(xiàng)目名稱貴金屬納米陣列的制備及其局域表面等離子共振效應(yīng)研究項(xiàng)目組成員具體分工個(gè)人完成情況及對(duì)項(xiàng)目的貢獻(xiàn)李靈毓輔助理論仿真、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理還有相關(guān)資料的查找對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的科研水平做了一個(gè)大致的總結(jié)，比如已經(jīng)做出了哪些陣列等。初步了解

2、了origin軟件的使用，進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)擬合，形成了相應(yīng)的連線圖，得到全部仿真數(shù)據(jù)便可開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，最后與實(shí)驗(yàn)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比。劉暢DDSCAT的編程及理論仿真已經(jīng)逐步熟悉仿真軟件DDSCAT，能利用離散偶極近似（DDA）來(lái)計(jì)算目標(biāo)形狀的的消光光譜、周圍電磁場(chǎng)分布及折射率等。并且已經(jīng)使用其仿真過(guò)了多種幾何形狀，如球形、圓柱形、橢球形等等。而納米環(huán)的仿真也已經(jīng)初步完成，但是還有少數(shù)問(wèn)題需要解決。趙宇丹負(fù)責(zé)模板法納米環(huán)制備工藝、相關(guān)材料及實(shí)驗(yàn)條件的準(zhǔn)備已經(jīng)熟悉掌握模板法制作納米環(huán)的原理以及每一個(gè)步驟，實(shí)驗(yàn)所需所有化學(xué)試劑也都備齊，利用該方法的納米環(huán)形成關(guān)鍵聚苯乙烯球從蘇州微納科技有限公司購(gòu)置

3、，計(jì)劃十月底進(jìn)行實(shí)驗(yàn)制備。同時(shí)將成品特性與仿真結(jié)果相對(duì)照。夏繼業(yè)負(fù)責(zé)化學(xué)法納米環(huán)制備工藝及試劑的購(gòu)買已經(jīng)對(duì)本方法的基本原理與化學(xué)試劑的特性有詳細(xì)了解，并對(duì)實(shí)驗(yàn)的條件要求有一定研究。藥品已全部備齊。由于對(duì)環(huán)境溫度要求較高，指導(dǎo)老師建議在天氣冷一點(diǎn)的時(shí)候開(kāi)始制備。制備結(jié)束后可以與模板法的結(jié)果特性及仿真結(jié)果相比較，得出三者差異、優(yōu)化后嘗試實(shí)際應(yīng)用。指導(dǎo)教師劉國(guó)華項(xiàng)目進(jìn)展情況（包括已完成任務(wù)、階段性成果、預(yù)期工作計(jì)劃等）：一、理論仿真：1 已完成的任務(wù)：逐步使用和熟悉基于DDA算法的仿真軟件DDSCAT.可以用DDSCAT計(jì)算單個(gè)納米顆粒的消光光譜以及周圍電磁場(chǎng)分布，而且可以分析多個(gè)納米顆粒組成的納米

4、顆粒團(tuán)簇，或者納米陣列的消光光譜。目前可以根據(jù)不同形狀的納米顆粒進(jìn)行離散分析，現(xiàn)在已經(jīng)通過(guò)DDSCAT仿真出一些簡(jiǎn)單的納米顆粒，包括球形的，橢球形，圓柱形。目前正在仿真納米環(huán)，但是還有部分問(wèn)題需要解決。2.預(yù)期工作計(jì)劃：利用DDSCAT自己編譯偶極子生成文件，原則上可以分析各種不同形狀的偶極子，從而仿真出得到自己想要的納米環(huán)的數(shù)據(jù)。將仿真出來(lái)的數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得到最符合理論值的制備納米金屬環(huán)的方法。二、實(shí)驗(yàn)制備：1.已完成的任務(wù)：已經(jīng)具備兩種制備納米環(huán)的方法模板法（物理方法）和化學(xué)方法。l 模板法大致原理如下：a.基底的清潔過(guò)程將硅晶元用鋒利的刀具切成小片，將小片在

5、酒精和超聲波的環(huán)境下洗滌10分鐘脫脂，在氮?dú)饬鞯沫h(huán)境下晾干。實(shí)驗(yàn)前將樣品用純水徹底的洗滌在氮?dú)獾沫h(huán)境下將之晾干。高定向熱解石墨片用的清潔方式同硅晶元。兩種基板在被放進(jìn)聚苯乙烯球的容器以前，都必須轉(zhuǎn)移到純水里浸泡五分鐘。b.模板的制備：由于漂浮的聚苯乙烯球在水和空氣的界面處對(duì)表面張力很長(zhǎng)敏感。盛裝的容器應(yīng)該適當(dāng)?shù)那謇?，且遠(yuǎn)離任何可能影響其表面張力的化學(xué)用品。聚苯乙烯球分散在溶液中的過(guò)程是通過(guò)把0.15 L 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), 還有 50 vol %乙醇。將混合物通過(guò)超聲波處理15分鐘確保各種成分均勻分散。為了形成大面積的，二維有序的

6、聚苯乙烯球，可將容器微微傾斜，使其漸漸附著在基板上，最后的蒸發(fā)掉水分形成實(shí)驗(yàn)所需的模板。c.金屬在基板上的沉積將300 L10毫摩爾的金屬鹽澆筑在附有聚苯乙烯球的1平方厘米的基板上，過(guò)程持續(xù)24小時(shí)，隨后樣本用水清洗，且在純水中浸泡1分鐘。然后將基板浸泡在300 L 1毫摩爾的NaBH4的溶液中。最后樣品用超純水清洗，在氮?dú)饬飨赂稍?。最后用氯仿移除聚苯乙烯球。l 化學(xué)法大致原理如下：檸檬酸鈉緩沖溶液中加入NaBH4與銀離子的混合液，再通過(guò)加入NaOH升高PH值,加快還原反應(yīng)得到因納米環(huán)。紫外可見(jiàn)光吸收范圍內(nèi)顯示為橫向和縱向表面等離子體共振的兩個(gè)高峰分別為400納米和600至700納米。這些銀納

7、米環(huán)的形狀取決于AgNO3/NaBH4比例，pH值，反應(yīng)溫度在21 ± 0.5 攝氏度下4 ml 0.001Mol的硝酸銀溶液與不等量的NaOH溶液分別存放在七瓶試劑瓶中，并且使其攪拌均勻。同樣體積的5.10-3Mol硝酸銀(0.35 mL)和10-2 Mol的NaBH4 (0.15 mL)溶液同時(shí)快速的加入到七個(gè)試劑瓶中，劇烈的攪拌，并且放置在黑暗中，同樣的實(shí)驗(yàn)步驟在25± 0.5攝氏度環(huán)境下重復(fù)，且對(duì)比結(jié)果。 已經(jīng)具備的實(shí)驗(yàn)條件及化學(xué)試劑、材料 已經(jīng)采購(gòu)齊全兩種方法所需相關(guān)化學(xué)試劑：氫氧化鈉溶液、濃硫酸（99.999%）、硼氫化鈉溶液（98.5%）、氯仿、超純水、二水四

8、氯金酸鈉（99.99%）、聚苯乙烯球（直徑505nm來(lái)自蘇州微納科技有限公司）。 實(shí)驗(yàn)條件的準(zhǔn)備：實(shí)驗(yàn)室位于附中二號(hào)樓216、恒溫箱（用于提供21 ± 0.5以及25± 0.5攝氏度恒溫環(huán)境）、通風(fēng)柜、冰箱、試管、燒杯、取液裝置、口罩、手套等。2.預(yù)期工作計(jì)劃：在十一月初開(kāi)始著手模板法的制備，預(yù)期在半個(gè)月至三個(gè)星期內(nèi)有一個(gè)較成熟的制備方案與成品。制備方案的優(yōu)化取決于仿真結(jié)果，可反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)制備來(lái)符合仿真的最佳物理幾何特性。在模板法制備成功之后開(kāi)始著手化學(xué)法的制備，此時(shí)天氣溫度因素較適合制備。以同樣方法找到最優(yōu)化的制備方案和成品。將仿真出來(lái)的數(shù)據(jù)和兩種實(shí)驗(yàn)方案的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,

9、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不同進(jìn)行幾何排列與物理特性分析，得到最符合理論值的制備金屬納米環(huán)的方法。在制備方案的優(yōu)化創(chuàng)新以及符合仿真的最佳特性的結(jié)果基礎(chǔ)之上發(fā)表論文。經(jīng)費(fèi)使用情況：材料費(fèi)：457辦公用品：151.1復(fù)印費(fèi)：276審稿費(fèi)：200小計(jì)：1084.1項(xiàng)目進(jìn)行中存在的問(wèn)題（包括未按原計(jì)劃實(shí)施的原因）及解決辦法：一、理論仿真二、實(shí)驗(yàn)制備1、化學(xué)法取液配液精度要求較高，達(dá)到微升級(jí)別，擬采用生物分子方面特質(zhì)的滴管取液以達(dá)到精確。2、化學(xué)法中反應(yīng)的環(huán)境溫度難以達(dá)到0.5攝氏度以內(nèi)的精確程度，這樣會(huì)使化學(xué)法的實(shí)驗(yàn)環(huán)境達(dá)不到要求從而難以形成納米環(huán)。計(jì)劃在天氣較冷的情況下再利用恒溫箱比較容易達(dá)到這一要求。3、模板法

10、基底的制備要求工藝精確，要求通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成一層帶電的聚苯乙烯球板，其中ps球上帶有硫酸根負(fù)電荷，而且要排列緊密才可出現(xiàn)毛細(xì)現(xiàn)象，任何一步出問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致無(wú)法形成納米環(huán)。初步打算多購(gòu)置一些聚苯乙烯球進(jìn)行多次試驗(yàn)達(dá)到工藝要求。4、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有較多有毒試劑或危險(xiǎn)品，應(yīng)當(dāng)注意安全。指導(dǎo)教師意見(jiàn)：納米環(huán)的制備具有很高的研究和理論意義。由于納米材料的形狀、大小及中心距的不同，它們的一些屬性如電磁性、光學(xué)特性、光電效應(yīng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)都有一些明顯的不同。因此針對(duì)不同的應(yīng)用，納米器件的制造有著不一樣的要求。對(duì)納米材料研究制備工藝應(yīng)向著簡(jiǎn)單、實(shí)惠方向發(fā)展。在仿真部分。在試驗(yàn)制備部分中打算用兩種制備大面積金屬納米陣列納米環(huán)的物理化學(xué)方法。一種方法是根據(jù)基板的特性，制造出不同形狀納米結(jié)構(gòu)，而且生