离子辐照形成空心银纳米颗粒
纳米银离子
纳米银离子
纳米银是直径小于100纳米的金属银单质，一般在20到50纳米。
纳米银是以原子结构组成的银粒子，而不是银离子。
纳米银不带电荷，是固体粉末。
是通过物理化学方法将金属银单质加工成颗粒直径小于100纳米的金属银单质。
银离子是银原子失去一个或一个以上的电子形成的带正电荷的阳离子，以带电离子的状态存在，比如Ag1+、Ag2+ 等。
而“纳米银离子”则是粒径为纳米级的、失去了电子的银离子。
溶于水的纳米银离子可以杀死99.9%暴露于纤维表面的大肠杆菌（细菌），金色葡萄球菌（细菌）、白色念珠菌（真菌）等。
纳米材料由于颗粒尺寸小，比表面积大，表面能高，表面原子所占比例大，因此，表现出特有的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应三大效应。
纳米银产品已经从概念走向了应用，被广泛应用到环境净化、医疗、医药、化妆品等领域。
氧化铝上金银合金薄膜的离子束纳米化
氧化铝上金银合金薄膜的离子束纳米化用100kev的Ar离子照射氧化铝单晶体基片上的30nm厚的金银合金薄膜，对其引起的金银合金薄膜表面结构纳米化的效果进行了研究。
离子注量从5×1015cm-2到1.5×1017cm-2。
扫描电镜用来研究离子束辐照后金银合金薄膜表面纳米结构的变化。
随着离子注量的增加，氧化铝基片上的金银合金薄膜被分离，渐渐地形成纳米结构。
接着在高真空环境下，1073k温度下进行热退火2小时，当离子注量更大时，氧化铝基片上的金银合金纳米球部分的嵌入到基片中。
这些纳米球的微观内部结构使用透射电子显微镜观察，而后发现纳米球是单晶体，具有立方结构。
此外，其吸收光谱也被测定，并发现了其具有局域表面等离子共振特性。
随着离子注量的增加，基底上的金银纳米球逐渐变小，并且可以观察到LSPR峰的移动。
总之，离子束刻蚀法是制作金银合金纳米结构的有效手段，并且获得的纳米复合材料在光学器件上的应用价值很高。
关键词：局域表面等离子体共振；离子辐照；表面纳米结构；氧化铝基片；金银合金第一章绪论1.1、金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振特性近年来，金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振(Localized Surface Plasmon Resonances，LSPR)特性成为广为重视的研究课题。
金属纳米颗粒的光学性质主要受到等离子体激元(自由电子)的影响。
由于纳米颗粒具有大的比表面积,自由电子的运动往往受到颗粒边界的强烈影响,因而,其光学性质又主要由表面自由电子的性质来决定。
许多金属表面(如碱金属铝、镁和贵金属金、银、铜等)的自由电子都可形象地看作电子气,电子气的集体激发称作等离子体,如果激发只局限在表面区域,就叫做表面等离子体。
金属纳米颗粒在光场作用下，金属中的自由电子出现集体振荡，当人射光频率与自由电子集体振荡频率相等时发生共振，产生明显的消光和近场增强效应，即为局域表面等离子体共振效应。
下图为就金属纳米粒子局域表面等离子体共振示意图：图1.1 金属纳米粒子等离子体共振示意图，图中显示了导带电子的电子云与离子之间的相对位移当一束光照射在球形金属纳米粒子上时,振荡电场使传导电子一起振荡。
银纳米粒子的制备及其等离子手性性能
银纳米粒子的制备及其等离子手性性能王静;周伟;杨新;王建伟;费凯旋;彭银仙【摘要】采用化学还原法制备了柠檬酸钠稳定的银纳米粒子,通过向溶胶中加入手性小分子L-组氨酸(L-His),采用非原位法制备了L-His修饰的银纳米粒子.圆二色谱(CD)结果显示非原位制备的L-His修饰的银纳米粒子没有光学活性,但对样品进行离心处理后,CD光谱在400 nm左右出现一个正的科顿效应峰.透射电子显微镜(TEM)结果显示,溶胶中的粒子发生了轻微的聚集,导致粒子周围局域电磁场增强,引起手性分子和纳米粒子偶极相互作用增强,从而出现手性信号.通过控制银纳米粒子的聚集程度可以调控CD光谱响应,缩小聚集体内的银纳米粒子的间距可以使CD 信号红移到长波方向.吸附在粒子表面的手性小分子通过与银纳米粒子的偶极-偶极相互作用,把手性传递到纳米粒子上,从而使银纳米粒子产生诱导手性.【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(032)006【总页数】5页(P861-865)【关键词】银纳米粒子;表面等离子体共振;手性;L-组氨酸【作者】王静;周伟;杨新;王建伟;费凯旋;彭银仙【作者单位】江苏科技大学环境与化学工程学院,镇江212003;江苏科技大学环境与化学工程学院,镇江212003;江苏科技大学环境与化学工程学院,镇江212003;江苏科技大学环境与化学工程学院,镇江212003;江苏科技大学环境与化学工程学院,镇江212003;江苏科技大学环境与化学工程学院,镇江212003【正文语种】中文【中图分类】O648.12贵金属纳米材料具有十分优异的表面等离子体共振特性,在诸多领域有着广泛的应用前景．化学合成的贵金属纳米粒子通常是由无机核和有机壳组成的复合结构．壳层中的有机分子不但决定着贵金属纳米材料在溶液中的稳定性,而且还会影响纳米材料的光学性质．研究发现，当具有手性的有机小分子修饰在贵金属纳米材料的表面时,有机小分子的手性会传递到贵金属纳米材料上,在其表面等离子体共振区域出现圆二色性信号．贵金属纳米材料可以将手性小分子的CD响应从紫外区放大到可见区甚至近红外区,实现手性信号从分子尺度到纳米尺度的跨越,这将为其在光学和生物学方面的应用带来新机遇．一直以来，人们对分子手性的研究比较深入,但对这种介于分子与宏观尺度之间的手性纳米材料的研究却极其有限．近年来对纳米材料手性的研究已逐渐成为当今学术界的一个研究热点．手性贵金属纳米材料具有特殊的光学、电学、催化等性质,在手性光学[1]、不对称催化[2-3]及手性分离[4-5]等领域有着更加广泛的应用前景．因此，设计合成具有光学活性的贵金属纳米材料不仅具有重要的基础理论意义,也具有巨大的应用价值．目前手性贵金属纳米材料的合成方法主要有以下3种方法:(1) 在手性配体存在下直接通过化学(或光化学)还原前驱体离子制备[6-7];(2) 先制备出非手性的贵金属纳米材料,然后利用手性分子对其表面进行修饰[8];(3) 利用手性模板对贵金属纳米材料进行手性组装[9]．其中第三种方法被广泛用于制备在可见光区具有光学活性的贵金属纳米材料,常用的手性模板有DNA[10-12]、具有螺旋的纳米结构[13-15]、手性超分子组装体[16-17]等．通过无模板法制备在表面等离子体共振(SPR)区域具有手性响应的贵金属纳米材料,并对手性信号进行调控仍然是一项具有挑战性的工作．文中利用上述第二种方法制备了在可见光区具有光学活性的银纳米材料,选用L-His作为手性配体,通过改变实验条件对手性信号进行调控,并对银纳米材料的手性发生机制进行了研究．1 实验1.1 仪器与试剂L-His、硝酸银(AgNO3)、硼氢化钠(NaBH4),Sigma-Aldrich公司;柠檬酸钠,Acros Organics．所有试剂使用前均未作进一步纯化处理．U-3010紫外可见分光光度计, 日本HITACHI;JEM-2010透射电子显微镜,日本JEOL;J-1500圆二色谱仪,日本分光(JASCO)株式会社．1.2 L-His组氨酸修饰的银纳米粒子的制备往9.2 mL水中加入0.1 mL柠檬酸钠溶液(300 mM)和0.2 mL硝酸银溶液(50 mM),搅拌均匀后再快速加入新冰水配制的硼氢化钠和柠檬酸钠混合溶液0.5 mL (37.83 mg硼氢化钠溶于18 mL冰水中,然后加入300 mM的柠檬酸钠溶液2 mL),反应30 min停止搅拌,得到柠檬酸钠稳定的银纳米粒子．往制备好的柠檬酸钠稳定的银纳米粒子中加入不同量的组氨酸溶液,经陈化配体交换后得到组氨酸修饰的银纳米粒子．溶液的酸碱性用0.01 M的氢氧化钠溶液调节．1.3 L-His组氨酸修饰的银纳米粒子的表征用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)测定制备的银纳米粒子的吸收光谱．用透射电子显微镜(TEM)分析样品的形貌及分散情况．银纳米粒子的手性通过圆二色谱仪(CD)测定．2 结果与讨论2.1 非原位制备L-His修饰的银纳米粒子以柠檬酸钠为稳定剂通过硼氢化钠还原硝酸银，制备了柠檬酸钠稳定的银纳米溶胶．图1(a)是经过离心处理再分散在水中的柠檬酸钠稳定的银纳米粒子的紫外-可见吸收光谱图,在389 nm左右出现Ag纳米粒子的SPR吸收峰.圆二色谱结果显示柠檬酸钠稳定的银纳米粒子基本没有手性信号(图1(b))．图1 柠檬酸钠稳定的银纳米粒子紫外-可见吸收光谱和CD光谱Fig.1 UV-vis absorptionspectra and CD spectra ofsodium citrate stabilized silver nanoparticles往制备的柠檬酸钠稳定的银纳米粒子中加入组氨酸溶液,通过配体交换反应制备了组氨酸修饰的银纳米粒子,其圆二色谱结果显示没有经过离心处理的样品的CD信号很弱(图2(a)曲线1),而经过离心处理、沉淀再分散在纯水中得到的样品在400 nm 附近出现一个正的科顿效应峰(图2(a)曲线2)．样品相应的紫外-可见吸收光谱如图2(b),离心前样品的SPR吸收峰位于394 nm左右(图2(b)曲线1)．离心后得到的样品的吸收光谱发生了明显的变化,表现为一个较宽的SPR吸收峰(图2(b)曲线2)，这是由于在离心过程中部分银纳米粒子发生了聚集,这可以从图2(c)得到证实.从图2(c)可以看出,银纳米粒子之间发生轻微的聚集,形成小尺寸的聚集体．研究发现当两个或多个贵金属纳米粒子相互靠近时,粒子之间的局域电磁场会明显增强,形成所谓的“热点”,从而有效地增强SERS效应[18-19]．此外，聚集的粒子间产生的局域增强的电磁场有助于增强样品的圆二色谱信号[20],而且由于表面等离激元的共振耦合会导致样品的吸收光谱不同于单个粒子的,会形成新的局域表面等离激元共振模式,这也是聚集后的粒子的吸收光谱不同于分散状态的粒子的原因．图2 L-His修饰的银纳米粒子的CD光谱紫外-可见吸收光谱和透射电子显微镜照片Fig.2 CD spectra，UV-vis absorption spectra and TEMimage of L-histidine capped silver nanoparticles2.2 溶液pH值对银纳米粒子手性的影响组氨酸作为两性物质,当溶液pH值等于其等电点时,组氨酸在溶液中以两性离子的状态存在；当溶液pH值大于其等电点时,组氨酸在溶液中带负电．因此，溶液pH值会影响组氨酸的带电性,进而会影响与银离子的配位能力．组氨酸分子中能与银离子配位的基团分别为羧基、氨基及咪唑环中的氮原子．当溶液pH值偏低时,银离子易与羧基氧原子和氨基氮原子形成配位键,而当溶液pH值较高时,咪唑环上的N原子易与银形成配位键[21]．通过加入氢氧化钠溶液,改变溶液的酸碱性,考察pH值对制备的银纳米粒子手性性能的影响．图3是加入不同量的氢氧化钠溶液得到的银纳米粒子的CD光谱图，从图中可以看出随着溶液的碱性增强,CD信号逐渐增强.这表明当溶液的pH值较高时,组氨酸在溶液中带负电,咪唑基参与配位,修饰在银纳米粒子表面的带负电的组氨酸分子,使纳米粒子带上电荷,有利于保持银纳米粒子在溶液中的稳定存在．图3 不同氢氧化钠溶液加入量下得到的L-His修饰的银纳米粒子的CD光谱Fig.3 CD spectra of L-histidine capped silver nanoparticlesprepared with different amounts of sodium hydroxide2.3 银纳米粒子的聚集对其手性的影响当溶液中组氨酸的浓度保持在0.2 mM以下时,得到的银纳米粒子能稳定的分散在溶液中,样品经离心处理后,粒子发生轻微的聚集,溶胶的颜色基本保持不变．但当组氨酸的浓度大于0.5 mM,离心后得到的样品颜色发生变化,表明溶胶中的粒子发生聚集,有较大的聚集体生成,圆二色谱信号也发生了变化．图4(a)是离心后得到的样品CD光谱,曲线1、2和3对应的组氨酸浓度分别为0.5,0.75和1.25 mM．3个条件下得到的样品在400 nm左右都没有手性信号,但组氨酸浓度为0.75和1.25 mM时得到的样品在650 nm 左右出现一个正的科顿效应峰．对应的吸收光谱均在长波方向650 nm 左右出现银纳米粒子的SPR吸收(图4(b))．在长波方向出现的新吸收峰来源于银纳米粒子聚集体的吸收[22]．从图4(c)可以看出，组氨酸浓度较大条件下(1.25 mM)制备的银纳米粒子会发生明显的聚集,生成尺寸较大的聚集体,从而导致溶胶颜色及吸收光谱的变化．2.4 氯化钠浓度对银纳米粒子手性的影响往组氨酸浓度较低的样品中加入氯化钠也会引起银纳米粒子聚集．银纳米粒子表面由于吸附了L-组氨酸而带负电荷,带负电的银纳米粒子会吸引溶液中带正电的钠离子,形成紧密双电层结构,引起银纳米粒子所带的负电量减小,粒子间排斥力降低,从而引起银纳米粒子的聚集．图5(a)是在加入不同浓度NaCl后离心得到的银纳米粒子的CD图.当样品中氯化钠的浓度较低时，其光谱在590 nm左右出现正的科顿效应峰,对应的吸收光谱在长波方向出现聚集体的SPR吸收(图5(b))；但当氯化钠的浓度增加后,位于长波方向的SPR吸收峰消失,相应的在长波方向的CD信号亦随之消失．图4 组氨酸浓度较高时制备的银纳米粒子的CD光谱、紫外-可见吸收光谱和组氨酸浓度为1.25 mM制备的银纳米粒子的TEM图像Fig.4 CD spectra,UV-vis absorption spectra of Agnanoparticles prepared with higher concentrations ofhistidine and TEM image of Ag nanoparticlespreparedwith histidine of 1.25 mM图5 银纳米粒子在不同浓度的氯化钠溶液中的CD光谱图和紫外-可见吸收光谱Fig.5 CD spectra and UV-Vis spectra ofsilvernanoparticles in different concentrations of NaCl从图5(b)可以看出,适当增加氯化钠浓度会使银纳米粒子的聚集程度降低．这是由于溶胶中会有少量的未反应掉的Ag+,当氯化钠加入后,Cl-离子会与这少量的Ag+反应生成AgCl溶胶．当氯化钠浓度继续增加后,过量的Cl-会吸附在生成的AgCl 溶胶表面而使溶胶带上负电荷．由于带负电的AgCl溶胶的存在会起到一定的阻止银纳米粒子聚集的作用,提高了银纳米粒子的稳定性[23],因此经过离心处理后的银纳米粒子没有发生明显的聚集现象,导致CD信号消失．3 结论(1) 采用液相化学还原法制备了柠檬酸钠稳定的银纳米粒子,CD光谱结果显示其在银纳米粒子的SPR吸收区没有出现手性信号．通过配体交换反应得到L-组氨酸修饰的银纳米粒子,样品经过离心处理后在银纳米粒子的SPR吸收区出现正的科顿效应峰．(2) 银纳米粒子的光学响应取决于银纳米粒子的聚集程度,轻微聚集的粒子在400 nm左右出现CD信号,而尺寸较大的聚集体在长波方向出现CD信号．银纳米粒子的聚集程度可以通过改变组氨酸的浓度，加入外加电解质氯化钠进行调节．(3) 研究结果可为调控贵金属纳米粒子的光学活性及手性检测生物小分子提供新思路．参考文献【相关文献】[ 1 ] BAEV A, SAMOC M, PRASAD P N, et al. 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【国家自然科学基金】_ag纳米颗粒_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801
科研热词 银纳米颗粒 纳米银 抗菌性能 二氧化钛 银纳米粒子 钙钛矿锰氧化物 金属增强荧光 金属价态 超分散稳定 表面等离子共振 表面等离子体共振 表面等离子体 葡萄糖氧化酶 葡萄糖传感器 荧光素 荧光 自组装 羟丙基壳聚糖 结构 纳米颗粒 纳米金属颗粒 纳米复合粒子 碳纳米管 硝酸铈铵 硅酸盐玻璃 环氧树脂 溶剂效应 深度分布 活性炭纤维 水热法 核壳纳米银 晶界磁电阻 微结构 异硫氰酸荧光素 室温低场磁电阻 壳聚糖 增韧改性 吸收光谱 发光 原位构筑 协同作用 制备 六亚甲基四胺 光学性能 光学吸收性 光催化 亚甲基兰光催化降解 亚临界水技术; 多孔玻璃; 离子交换; ag纳米 二相复合体 二氧化硅-银 二氧化硅 zns:ag
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41
科研热词 本体异质结 太阳电池 叠层 zno meh-ppv 钛 费米能级 表面能级 表面电子态 表面增强拉曼散射 表面增强拉曼光谱 羟基磷灰石 纳米颗粒 纳米银 纳米空洞 纳米材料 离子辐照 离子注入 硒化银 激光刻蚀 溶胶-凝胶法 添加剂 液相合成 氧化锌 模板 核壳结构 掺杂 抗菌 室温合成法 固相反应法 可移动核 原子核物理学 共振吸收 光致发光 低温 二氧化钛 中空 pd纳米颗粒 au@air@ag ag纳米颗粒 ag/tio2薄膜
以曙红Y为稳定剂合成银纳米簇并用于pH的检测分析
以曙红Y为稳定剂合成银纳米簇并用于pH的检测分析舒鑫宇，龙云飞*(湖南科技大学化学化工学院，湖南湘潭411100)Silver Nanoclusters were Synthesized with Eosin Yas Stabilizer and Used for pH DeterminationShu Xinyu,Long Yunfei*(Hu’nan University of Science and Technology,Xiangtan411100,China)Abstract:In recent years,silver nanoclusters(AgNCs)have received widespread attention due to their unique structure and excellent optical properties.In this study,Eosin Y was used as stabilizer,AgNO3and NaBH4were added as reaction reagents,and silver nanoclusters were prepared by chemical reduction.The AgNCs showed a strong fluorescence emission at512nm when excited at480nm.From the experiment,the degree of fluorescence quenching increases gradually with the decrease of pH between pH=2and pH=5.The linear of fluorescence regression equation of IF=27.76pH-39.59was obtained with the correlation coefficient of r=0.9960.Thus,a sensitive and rapid method was developed for the detection of pH.Keywords:Ag nanocluster；pH；Fluorescence spectra；UV absorption spectrum；TEM金属纳米团簇(NCs)是一种特殊的金属纳米粒子，通常由几个金属原子(如Ag、Au、Cu等)组成[1-4]。
γ-射线辐照法合成聚合物载纳米银复合材料
０ 前 言
纳 米 复 合 材 料 具 有 常 规 材 料 所 不 具 有 的 独 特 的 优 异 性 能 ， 如 ， 理 上 表 现 为 热学 性 能 、 学 性 能 、 电学 性 能 、 例 物 磁 光 表 面活 性 等 异 常 ， 学 上 表 现 为 强 的 吸 附 和 凝 聚 性 、 泼 的化 化 活 学 反 应性 等 。这 些 独 特 的性 能 决 定 了纳 米 材 料 在 材 料 学 、 磁 学 、 学 、 瓷 、 化 、 学 、 感 等 方 面 有 着 广 阔 的 应 用 前 光 陶 催 医 传 景 。银 材 料在 工业 中 有 广 泛 应 用 ， 要 用 作 感 光 材 料 、 池 主 电 材料 、 电接 触 材 料 、 子 浆 料 、 料 、 饰 材 料 、 化 材 料 、 电 钎 装 催 抗 菌 材 料 和 医药 医用 材 料 等 。 近年 来 ， 着 高 新 技 术 的 发 展 ， 随
初级过程可总结为下式 ：
Ｈ２ ０一 Ｈ２ ，Ｈ２ ，Ｈ ・，・ ０２ ０Ｈ ，ｅ一 ａ ） （ ｑ ，Ｈ３ Ｏ ，Ｈ２ ・ Ｏ
纳 米 银 具 有 良好 的 抗 菌 性 能 （ 比普 通 银 高 数 倍 ） 因 此 将 ， 其 与 某 种 聚合 物 复 合 后 可 以广 泛 应 用 于 医 疗 及 其 他 方 面 。 纳米银复合材料的制备 方法主要 是气相蒸发 、 ＲＦ溅 射 等 方 法 ， 都 需 要 高温 高压 等 苛 刻 条 件 ， 对 许 多 有 特 定 用 途 的 但 这 材 料 很 不 利 ， 常 这 种 材 料 的制 备 都 是 预 先 制 备 好 的纳 米 粉 通 末 和 高 聚 物进 行 机 械混 合 ， 先 将 金 属 离 子 吸 附 在 聚 合 物 上 或 再 用 还 原 剂 还 原 ， 纳 米 粒 子 与 聚 合 物 的 形 成 是 分 开 进 行 其 的 ， 米 粒 子 在 高 聚 物 中的 分 布 很不 均 匀 。对 后 一 种 方 法 来 纳 说 ， 子 含 量 完 全 依 赖 于 高 聚 物 对 离 子 的 吸 附 ， 而 是 很 低 粒 因 的 。辐射 法 则 提供 了一 种 简 单 有 效 的制 备 聚 合 物 载 体 纳 米 复合 材 料 的方 法 ， 它不 仅 反 应设 备 简 单 ， 件 温 和 ， 且 无 机 条 而 纳米 晶 的生 成 和 聚 合 物 的获 得 可 一 次 完 成 。在 这 种 方 法 中 ，
球形银纳米粒子生长过程
球形银纳米粒子生长过程
球形银纳米粒子的生长过程通常涉及物理或化学气相沉积技术。
以下是其基本步骤：
1. 种子准备：首先，需要制备银种子。
这通常通过将银盐溶液与还原剂混合来实现，以产生分散在溶液中的微小银颗粒。
2. 种子生长：接下来，种子被引入到一个生长介质中，该介质包含银的来源（如硝酸银溶液）、表面活性剂和其他可能的添加剂。
在热解或光照的作用下，银离子被还原成银原子并吸附到种子上。
3. 颗粒生长：随着时间的推移，这些吸附在种子上的银原子逐渐聚集形成更大的银颗粒。
这个过程可以通过控制温度、溶液浓度和反应时间来调控。
4. 形貌控制：通过选择合适的表面活性剂或添加剂，可以影响纳米粒子的形貌。
例如，某些表面活性剂可以围绕在种子周围，控制颗粒的生长方向，从而产生球形或其他特定形状的纳米粒子。
5. 纯化和干燥：生长完成后，需要将得到的纳米粒子从溶液中分离出来。
这通常通过离心或过滤来实现，然后进行洗涤和干燥。
6. 后期处理：最后，根据应用需求，可能还需要对纳米粒子进行进一步的加工或修饰，如表面功能化、负载其他金属或非金属元素等。
电离辐射 离子辐照
电离辐射离子辐照
电离辐射是指能够将物质分子或原子电离的辐射，包括α粒子、β粒子、γ射线、X射线等。
离子辐照则是指利用离子束对物质进行材料表面改性、功能材料制备等方面的研究。
电离辐射对生物体有很大的危害。
较高剂量的电离辐射可以造成细胞和组织的损伤，甚至引发癌症等疾病。
然而，低剂量的电离辐射则有可能对生命体产生正面的影响，例如促进细胞增殖和修复等。
离子辐照则是一种利用高能离子束对材料进行改性的技术。
它可以使材料表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能得到提升，从而提高材料的使用寿命。
此外，离子辐照还可以制备功能材料，例如光学材料、电子材料等。
离子辐照的实验通常是利用离子加速器产生高能离子束，并将其照射到材料表面。
在照射过程中，离子束与材料发生相互作用，从而改变材料的物理和化学性质。
离子辐照的实验需要精确的设备和技术，以确保实验结果的准确性和可重复性。
离子辐照技术在材料科学、能源科学、生命科学等领域得到了广泛应用。
例如，离子辐照可以用于制备太阳能电池、生物传感器、量子点等材料。
此外，离子辐照还可以用于处理核废料、地下水污染等环境问题。
总的来说，电离辐射和离子辐照是两个不同的概念，但它们都在各自的领域内发挥着重要的作用。
我们需要认真研究它们的机理和应用，以更好地利用它们的优势，同时避免其带来的危害。
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离子辐照形成空心银纳米颗粒1蔡光旭1，任峰1,2，肖湘衡1，范丽霞1，蒋昌忠†1,21武汉大学物理科学与技术学院，武汉（430072）2声光材料与器件教育部重点实验室，武汉 (430072)E-mail：czjiang@摘要：离子辐照是控制金属纳米颗粒的分布和结构的有效方法。
将能量为200 keV 剂量为5×1016 ions/cm2的Ag+注入到非晶SiO2中，形成Ag纳米颗粒层，再用能量为200 keV 和500 keV 的Ar+辐照Ag纳米颗粒。
Ar+辐照后，在部分较大的Ag纳米颗粒中出现空洞，空洞的平均尺寸随着Ar+辐照剂量的增加而变大。
辐照前，Ag纳米颗粒在非晶SiO2中沿纵向呈近似高斯分布；辐照后，投影射程附近的较大的Ag纳米颗粒平均尺寸变大，而投影射程下面的小颗粒逐渐消失。
结合Trim程序模拟分析，Ar+辐照时的核能量损失和电子能量损失是影响Ag纳米颗粒尺寸分布和结构的重要因素。
关键词：离子辐照，Ag纳米颗粒，纳米空洞中图分类号：0765E, 61801. 引言金属材料Ag具有很稳定的物理和化学特性，被广泛应用在工业生产和科学技术研究领域。
金属Ag纳米颗粒由于具有与相应的块体材料不同的催化、电学和光学等性质而受到了相关研究人员的广泛关注。
如Ag纳米颗粒由于表面等离子体共振效应而导致在可见光区具有强吸收带,在传感器、光开关和生物医药研究等方面具有广阔的应用前景。
目前对银纳米颗粒制备和表征研究已取得了显著的进展[1-2]。
离子注入是制备金属纳米颗粒复合膜材料较实用的方法，由于离子注入不受被注入样品固溶度的影响，所以离子注入法特别适合在样品表面附近形成过饱和固溶体[3-5]。
注入金属元素在基体中会因为扩散而成核，并在一定条件下生长为纳米颗粒。
同时该法具有注入的元素可以任意选取，注入或添加元素时不受温度的限制，可以在高温、室温、低温下进行，可精确控制掺杂浓度和深度等优点。
将金属离子如，Ag离子，注入到有机材料如，PMMA 基体和环氧树脂中，得到具有抗静电性的复合材料[6]；也可注入到无机材料SiO2玻璃中，可在SiO2玻璃表层形成纵深呈高斯分布的球形纳米银颗粒区域；也可用双元素离子注入形成纳米合金或新型纳米结构。
在本课题组前期的工作中，用较高剂量的单元素银或铜离子注入到SiO2玻璃中，由于先形成的纳米银、铜颗粒受到后面注入的自身离子的辐照，观察到含有空洞的纳米颗粒和空洞中还包含核心的多层球形纳米结构颗粒的形成[7,8]。
对由于辐照产生的纳米空洞和多层结构的研究具有重要的意义，能够推动纳米结构的研究，并提供纳米器件制作的一种基础性方法。
本文研究离子辐照对银纳米颗粒的影响。
氩离子是一种常用的辐照源，不与被辐照纳米颗粒膜层和基底产生化学反应，是一种用来研究辐照效应的理想气体源。
所以我们选用氩离子来辐照SiO2玻璃中离子注入后形成的银纳米颗粒，研究辐照离子能量和剂量对Ag纳米1本课题得到国家自然科学基金项目（批准号10375044 和 10435060）和教育部博士专项研究基金（批准号20050486054）的资助。
颗粒的尺寸分布和结构的影响。
2．实验过程本研究所用的基片是经过严格抛光的石英玻璃片，室温下注入能量为200 keV Ag离子，束流密度为0.5 µA/cm2，注入剂量为5×1016 ions/cm2。
注入后在石英玻璃表层形成具有纵深呈高斯分布的银纳米颗粒层。
随后室温下，这些含纳米银颗粒的石英玻璃片被不同能量和剂量组合的Ar+离子辐照，能量为200和500 keV，剂量为2.5×1016，5×1016 ions/cm2。
采用日本电子 (JEOL) 公司生产的JEM 2010 (HT) 电镜观察和分析纳米颗粒的形貌和结构，得到样品的截面、平面明场像和选区电子衍射像等，电镜工作电压为200 kV。
用紫外可见近红外光度计UV-VIS-NIR Spectrophotometer Cary 5000测量了样品的紫外可见吸收光谱，扫描范围1500—200 nm，间隔1 nm，每次测量都以未注入的石英玻璃基片作为参考，扣除背底，故测量结果显示的是离子注入和离子辐照的影响。
3．实验结果与分析图1给出了样品的截面透射电子显微镜（TEM）像，（a）显示的是室温下200 keV Ag+注入SiO2样品的，图（b－d）分别是注入样品被200 keV 2.5×1016 Ar+ ions/cm2，500 keV 2.5×016 Ar+ ions/cm2 ，500 keV 5×016 Ar+ ions/cm2辐照后的原样品的TEM像。
从图(a)可以看出Ag+注入SiO2玻璃后，在注入过程中由于扩散和注入产生的热效应，形成银纳米颗粒，并且沿样品纵深呈高斯分布，在投影射程附近的银纳米颗粒层尺寸最大。
经过Ar+离子的较高剂量的辐照后，投影射程附近的银纳米颗粒层中出现部分含有白色或浅色衬度特征的核壳结构纳米颗粒。
在以前的工作中也观察到类似的含有白色中心的颗粒，经改变样品成像角度和聚焦条件，证实为Ag纳米空心颗粒[7]。
这些空洞的形成可以认为是Ag纳米颗粒中缺陷聚集的结果。
辐照过程中，大的Ag纳米颗粒在氩离子流不断轰击下，其内部产生了大量的空位缺陷，空位的浓度很高时，空位会聚集以降低Ag纳米颗粒的总势能，所以会在大的Ag纳米颗粒中形成大小不等的空洞。
图1样品的截面TEM像，（a）Ag注入SiO2玻璃样品；（b）被200 keV, 2.5×1016 Ar+ ions/cm2；（c）500 keV,2.5×016 Ar+ ions/cm2 ；（d）500 keV, 5×016 Ar+ ions/cm2辐照后样品截面TEM像。
为了更进一步了解辐照对形成空心纳米颗粒的影响，我们对所有的电镜照片（此处未登出）中在投影附近的大的Ag纳米颗粒进行了统计，结果如表1。
统计结果显示，随着辐照能量和剂量的增加空洞的尺寸变大，而且在投影附近的大的Ag纳米颗粒中，200 keV 2.5×1016 ions/cm2 Ar+辐照后约有15%的颗粒中出现空洞。
500 keV 2.5×016 ions/cm2 和5×016 ions/cm2 Ar+辐照后，都有超过30%的颗粒中出现空洞。
表1 样品中投影附近的大的Ag纳米颗粒尺寸统计Ar+能量和剂量未辐照200 keV2.5×1016ions/cm2500 keV2.5×016 ions/cm2500 keV5×016 ions/cm2投影射程附近的Ag颗粒的平均尺寸14.5nm 18.3 nm 20.1 nm 20.6 nm空洞的平均尺寸 5.1 nm 5.7 nm 5.9 nm在没有被Ar +辐照的样品中，Ag 纳米颗粒沿表面纵深呈近似高斯分布，在投影射程附近的大颗粒下面还分布有大量小的Ag 纳米颗粒。
在被较高剂量的Ar +辐照后，产生的较显著的变化主要有两点：第一，投影射程附近的Ag 纳米颗粒的平均尺寸比辐照前的14.5 nm 显著增大，见表1，图2。
第二，投影射程下小的Ag 纳米颗粒部分或完全消失。
产生这些变化主要是由于辐照离子的核能量损失和电子能量损失引起的。
本研究中Ag +注入到SiO 2玻璃中的投影射程为95 nm 左右，两种能量的Ar +离子的辐照核能量损失峰值的深度都大于Ag +注入到SiO 2玻璃中的投影射程。
Trim 程序模拟500 keV Ar +离子辐照情况，Ar +离子的核能量损失和电子能量损失的拟合如图3。
投影射程下面小的Ag 纳米颗粒受到辐照的影响最大，这些小纳米颗粒被击碎，Ag 原子会重新分散到SiO 2玻璃中[9]，辐照离子的电子能量损失产生的热量加快了SiO 2玻璃中这些Ag 原子的扩散，使它们被投影射程附近的大Ag 纳米颗粒吸收，从而导致一方面投影射程下面小的Ag 纳米颗粒的消失，另一方面投影射程附近的Ag 纳米颗粒的长大。
将500 keV 2.5×016 ions/cm 2 和 5×016 ions/cm 2 Ar +离子辐照对Ag 颗粒分布的影响对比，在2.5×016 ions/cm 2 辐照剂量下，Ag 纳米颗粒在投影射程下还存在一层较小的Ag 颗粒，而5×016 ions/cm 2 剂量辐照下，投影射程下较小的Ag 颗粒完全被吸收。
68101214161820222426283010203040D av =20.6nmddiameter/nmN u m b e r0102030D av =20.1nmcN u m b e r1020304050D av =18.3nmbN u m b e r010203040D av =14.5nmaN u m b e r图2 投影射程附近Ag 纳米颗粒尺寸的分布，（a ）注入SiO 2玻璃中未辐照的；（b ）被200 keV 2.5×1016 Ar +ions/cm 2；（c ）500 keV 2.5×016 Ar + ions/cm 2 （d ）500 keV 5×016 Ar + ions/cm 2辐照后的0102030405060708090A r +E n e r g y L o s s /(e v /A )Deepth/nm图3 Trim 模拟500 keV Ar +(a)核能量损失和 (b)电子能量损失曲线。
表面等离子共振吸收是研究银纳米颗粒的重要手段之一，图4给出了辐照前后样品中Ag 纳米颗粒的共振吸收曲线。
辐照带来了两个明显的变化，随着辐照能量和剂量的增加，首先是共振吸收峰强度变大；其次，Ag 颗粒二极共振吸收峰出现明显的双峰（400nm 和430nm 左右），且红移峰的强度逐渐增强。
随着辐照离子的剂量和能量的增加，Ag 纳米颗粒在衬底中的分布出现变化。
小于投影射程范围内的小的Ag 颗粒受辐照的影响较小，Ag 颗粒在衬底中的体积因子P 仍较小。
而投影射程下的小颗粒几乎全被打散，且被上面的大颗粒吸收，导致在投影射程附近Ag 颗粒尺寸越来越大，在衬底中的体积因子P 也相应变大。
根据金属纳米颗粒光吸收的Maxwell-Garnett 理论，体积因子P 增加，主要的二极共振吸收峰强度会增大，同时吸收峰出现红移。
在被辐照的样品中出现了两种明显不同的体积因子的Ag 颗粒分布区域，导致二极共振峰出现双峰。
并且随着辐照能量和剂量的增加，二峰的强度对比也出现变化。
在以后的工作中，可以在峰强比与颗粒尺寸分布方面做进一步定量的研究。
0.00.20.40.60.81.01.21.41.6A b s o r b a n c eWavelengh/nm图4 Ag 纳米颗粒光学吸收谱，（a ）注入SiO 2玻璃中未辐照的；被（b ）200 keV 2.5×1016Ar +ions/cm 2；（c ）500 keV 2.5×016 Ar + ions/cm 2 （d ）500 keV 5×016 Ar + ions/cm 2辐照后的4．结论用离子辐照方法，可以形成含空洞的纳米银颗粒，透射电镜观察表明，辐照离子的剂量和能量，对空洞和含空洞的银纳米颗粒的尺寸有一定的影响。