嵌段共聚物膠束法制備納米陣列及其熒光增強(qiáng)效應(yīng)研究.pdf

1、熒光器件與熒光技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、光子學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域。熒光分子發(fā)射強(qiáng)度的增強(qiáng)將大大提高光電器件以及其它熒光技術(shù)的性能。其中，實(shí)現(xiàn)熒光增強(qiáng)最重要的方法就是利用金屬納米結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵诠舱窆饧ぐl(fā)下金屬納米結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生表面等離子體共振。目前，大量的金屬納米結(jié)構(gòu)已經(jīng)用來增強(qiáng)小分子染料等熒光物質(zhì)，如納米線、納米棒、納米孔、納米三角棱柱等。但是，關(guān)于高度有序金屬納米陣列作為熒光增強(qiáng)基底的報(bào)道還比較少。對于制備高度有序納米陣列，目前已

2、有很多種方法，包括陽極氧化鋁(AAO)模板法、電子束刻蝕法、聚苯乙烯(PS)微球模板法等。
　　本文基于一種簡單、經(jīng)濟(jì)的方法——嵌段共聚物膠束法，在硅襯底上制備大范圍有序排列的納米顆粒陣列，用掃描電子顯微鏡、透射電鏡、X射線能譜儀對其形貌、成分進(jìn)行表征;同時(shí)利用紫外可見分光光度計(jì)、拉曼光譜儀、熒光光譜儀及FDTD模擬系統(tǒng)研究了P3HT在不同納米顆粒陣列上的熒光增強(qiáng)效應(yīng)。
　　通過改變HAuCl4前驅(qū)體與吡啶基團(tuán)的摩爾比，我們

3、用嵌段共聚物自組裝法制備出不同顆粒尺寸的Au納米顆粒陣列。熒光光譜分析表明，共軛聚合物P3HT在Au納米顆粒陣列上的熒光強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在空白硅襯底的強(qiáng)度，因?yàn)榫钟虮砻娴入x子共振及其耦合使局域電磁場得到增強(qiáng)。另外，Au納米顆粒陣列上P3HT的熒光強(qiáng)度隨著Au納米顆粒尺寸的增大而增大。這是因?yàn)镻3HT的吸收譜帶與Au納米顆粒陣列的等離子共振吸收峰的重疊越大，P3HT熒光強(qiáng)度越高。同時(shí)，F(xiàn)DTD模擬結(jié)果顯示，較大的Au納米顆?？梢栽谳^大范圍內(nèi)產(chǎn)

4、生局域場增強(qiáng)，相鄰Au顆粒間發(fā)生明顯的耦合。而熒光壽命測試表明，P3HT的熒光衰減壽命沒有發(fā)生明顯改變。
　　顆粒尺寸是決定金屬表面等離子共振頻率和熒光增強(qiáng)因子的重要因素之一。本文提供一種金屬顆粒的生長方法來對顆粒尺寸進(jìn)行調(diào)整。將嵌段共聚物膠束法制備的Au納米顆粒陣列作為晶種層，浸入到HAuCl4、硝酸銀、抗壞血酸和十六烷基二甲基溴化銨的混合水溶液中(Au生長液)進(jìn)行反應(yīng)。SEM和EDS結(jié)果顯示，10min后納米顆粒成功的長大。對

5、生長后Au納米顆粒陣列的消光光譜進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，其等離子共振峰發(fā)生紅移，與P3HT的吸收峰重疊性更好。另外，F(xiàn)DTD模擬結(jié)果顯示，相鄰顆粒間具有更強(qiáng)的耦合，電磁場強(qiáng)度得到有效增強(qiáng)。因此，P3HT膜在生長后的Au納米顆粒陣列上的熒光強(qiáng)度被大大地增強(qiáng)了。
　　本文通過兩個(gè)簡單的步驟制備了Au/ZnO雙納米顆粒陣列。首先，用嵌段共聚物膠束法在硅襯底制備Au納米顆粒陣列。然后以Zn(CH3COO)2作為前驅(qū)體，在制備好的Au納米顆粒陣