sol-gel溶胶凝胶法.pptVIP

主要内容 采用溶胶-凝胶分子模板法在50 nm 厚金膜表面制备约40 nm 厚介孔二氧化硅(MPS)薄膜, 然后在MPS薄膜表面静电自组装金纳米粒子(GNP)单层膜, 形成的多层膜结构用作表面增强拉曼散射(SERS)基底.利用扫描电镜观测到MPS薄膜具有表面开口多孔结构, 有助于小分子向薄膜内快速扩散. 基于时域有限差分(FDTD)方法对电场分布的仿真结果指出, 在表面等离子体共振(SPR)条件下分布于金膜与GNP之间的消逝场显著增强. 由于空间重叠, 该增强场能够高效激发MPS内富集的小分子拉曼信号, 产生的拉曼信号还可免受金属作用的干扰. PSPR特性 电场分布 偏振特性 半定量分析 三、Sol-gel法主要反应过程 反应过程分类 （1）水--金属盐体系 （2）醇--金属醇盐体系 水解反应 缩聚反应 水解反应 缩聚反应 举例说明： 采用正硅酸乙酯（TEOS）为原料，典型的Sol-gel反应为： 水解反应： 缩聚反应： 具体过程如下： (1) (2) (3) (4) 在室温下，（2）（3）的缩合反应速率很慢，（4）的反应速率较快。 但在较高温度下，（2）（3）反应以明显速度进行。因此，要使体系在低温下生成足够的Si-OH，体系中的含水量需要提高到一定程度。 水解 缩合 纤维材料 多孔材料 薄膜及涂层材料 块体材料 粉体材料 复合材料 01 02 03 04 05 06 第三章 sol-gel法适用范围及特点介绍 定义： 溶胶－凝胶合成法制备的块体材料是指具有三维结构，且每一维尺度均大于1mm的各种形状且无裂纹的产物。 1.块体材料 过程： 根据所需获得材料的性能需求，将前驱体进行水解、溶胶、凝胶、老化和干燥，最终通过热处理工艺获得材料 。 优点： 该方法制备块体材料具有纯度高、材料成分易控制、成分多元化、均匀性好、材料形状多样化、且可在较低的温度下进性合成并致密化等优点 。 用途： 可以用于制备各种光学透镜、功能陶瓷块、梯度折射率玻璃等 。 缺陷：成本较高，生产周期长，故不适宜材料大规模的生产 。 1 分类 06 2 05 输入文本 输入文本 输入文本 输入文本 输文本 2.多孔材料 多孔材料由形成材料本身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体所组成。 将金属醇盐溶解于低级醇中，水解得到相应金属氧化物溶胶；调节pH值，纳米尺度的金属氧化物微粒发生聚集，形成无定形网络结构的凝胶。将凝胶老化、干燥并作热处理，有机物分解后，得到多孔金属氧化物材料（一般为陶瓷） 微孔：孔径2nm 介孔：2孔径50nm 大孔：孔径50nm 例 《介孔SiO2薄膜增敏SERS基底在消逝波激励下的特性表征》 实验方法：溶胶-凝胶分子模板法 (1) 通过真空溅射在清洁的玻璃基片上依次淀积3nm铬膜和50nm金膜; (2) 配制SiO2胶体溶液并充分搅拌,溶液中各试剂摩尔比为n(TEOS):n(P123):n(H2O):n(HCl):n(EtOH) =1:0.014:15:0.16:39.16 浸渍提拉法,将拉膜仪速度调至3cm/min,使金膜表面覆盖一层SiO2胶体膜; (3) 将表面覆盖SiO2胶体的玻璃片置于马弗炉中在450℃下高温煅烧4h, P123 在高温下分解,形成MPS薄膜; (4) 通过静电自组装技术在MPS薄膜表面固定GNP SERS基底制备过程： (a)(b)：Au/MPS (C)：Au/MPS/GNP 表面形貌 结合两图可以看出介孔分布均匀且相对致密, 并且呈现表面开口的特征, 这种结构有利于小分子的快速扩散和吸附. 图1(c)为Au/MPS/GNP 基底的SEM照片, 可以看出GNP在MPS表面排布较密, 粒子间距很小。 将激光器换为卤钨灯, 棱镜侧探头改为电荷耦合元件(CCD)探测器. 卤钨灯发出的宽带光经线性偏振器成为p 偏振光, 射入棱镜在玻璃基片与金膜界面处发生全反射, 并在Au/MPS 界面激 发PSPR, 使得CCD接收到的光谱在共振波段呈现出波谷。 从图中可以看到相比金膜, Au/MPS 结构不仅增强了PSPR 共振强度, 而且减小了半高峰宽, 具有更高的品质因子, 表明Au/MPS结构具有更优异的PSPR特性. 使用商业软件FDTD solutions 对Au/MPS/GNP基底在全内反射(TIR)激励方式下的近场分布进行仿真, 结果如图： 仿真参数：GNP粒径由动态光散射方法(Zetasizer)测得约为50 nm;MPS薄膜厚度约为40 nm, 由椭偏仪和台阶仪测得;同时椭偏仪给出MPS薄膜折射率为1.18; GNP粒子间距设定为1 nm. 可以看出Au/MPS/GNP基底热点分为两类: 位于相邻GNP 之间的横向热点和GNP 与金膜之间的纵向热点. 如图所示, 纵向热点的场增强因