Au与核壳结构Au/Ag纳米棒的制备、结构和热稳定性研究

贵金属及其双金属纳米棒由于具有优良的光学和电子特性，可以作为构筑纳米电子和光电子器件的重要功能元件，在光电子、催化和生物传感等方面有着广泛的应用前景。纳米器件体积小、比表面大，结构和性能将会随着尺度的变化而改变，因此纳米尺度的性能、结构和热稳定性研究是超微型纳米器件设计的基础，而纳米棒和纳米线作为纳米器件的基本构件，对其结构和热稳定性进行探讨就具有十分重要的理论意义和应用价值。本项目从实验出发，结合经典热力学和分子动力学模拟，系统研究了表面活性剂尤其是其中卤族离子在金和核壳结构金/银纳米棒生长过程中的作用、不同晶向和横截面的金和核壳结构金/银纳米棒熔化温度的尺度（直径和棒长）效应以及纳米棒在不同温度下的结构稳定性，并建立相应的解析模型以及二元合金纳米相图。研究发现：1）与通常金纳米棒的CTA+胶束模板生长机制不同，阴离子在生长过程中起着非常重要的作用。即使CTA+的浓度低于临界浓度只要有足够的Br-也能制备出纳米棒。2）金纳米棒凝胶溶液通直流电后，金纳米棒周围形成2-5nm的金纳米颗粒组装的纳米网状结构。这些纳米网状结构将金纳米棒凝胶溶液的电导率提高30%-50%。纳米柱的透射率与长轴方向有关。入射光在500-1100nm波段时，平躺的半圆柱纳米点阵拥有比较均匀的透射率；入射光波长为300-500nn波段时候，光能够部分耦合到衬底里去，有利于光进一步向下传播。3）建立的纳米棒尺寸和形貌依赖的熔化温度模型以及计算机模拟工作都发现，纳米棒的熔化温度随着直径和棒长的减小或者形貌因子的增加而减小，因此在相同直径和长径比时外表面为{111}的圆柱形金纳米棒由于具有较高的形貌因子其熔化温度则较低，这与通常球形银纳米粒子中外表面为{111}的粒子更稳定的趋势正好相反。4）建立了尺寸与维度依赖的金-铜二元匀晶和金-锗二元共晶合金平衡相图的解析模型。根据模型，二元共匀合金的液相线、固相线以及两相区都是随着尺寸的减小而降低，且降低的幅度随着形貌因子的增大而增大。二元共晶和金的液相线也随尺寸和维度减小而降低。此外，当二元共晶成分具有相同的维数时，尺寸和维度对共晶成分的影响很小，可以忽略不计。然而，当两个组分有不同的维度，共晶成分随尺寸减小。上述模型可推广到其他固溶度较小的二元合金体系。本项目对优化纳米棒结构设计从而提高纳米器件的性能以及深入理解VLS纳米线生长机制都具有重要的指导意义。