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功能纳米材料

银纳米颗粒

银纳米粒子具有其他材料所没有的光学,电和热性质,并且被广泛用于从太阳能电池到传感器的各种产品中。 在这些产品中,银纳米颗粒用于导电油墨,浆料和填充剂中,并使用了它们的特性,例如高电导率,稳定性和低烧结温度。 其他应用包括分子诊断和光学设备,它们是纳米材料新颖光学特性的成功应用。 作为一般应用,银纳米颗粒越来越多地用于抗菌涂层中,现在许多纤维,键盘,伤口敷料和生物医学设备已被用于防止银离子的侵袭,从而保护细菌。 它包含连续释放低浓度的银纳米颗粒。

了解银纳米颗粒在其预期应用中使用时如何改变其大小,形状,表面和聚集,对于优化其性能至关重要。 科莱销售无团聚的单分散银纳米颗粒,是研究和开发的理想选择(下图)。 使用TEM和动态光散射(DLS)确认粒径,并通过zeta电势测量和UV-Vis光谱分析确认质量。


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银纳米粒子的光学性质

与许多其他染料和颜料不同,银纳米粒子在吸收和散射光方面非常有效,并且根据粒子的大小和形状显示出不同的颜色。光和银纳米颗粒之间的密切关系是,金属表面上的传导电子在被特定波长的光激发时会引起集体振动(图2,左)。这种振动称为表面等离子体共振(SPR),会引起异常的散射和吸收特性。实际上,银纳米粒子显示出有效消光(散射+吸收)横截面,其横截面高达其物理横截面的10倍。即使对于100nm或更小的纳米颗粒,也可以用普通显微镜容易地确认强散射截面。当60 nm的纳米银颗粒被白光照射时,在暗场显微镜中可以看到明亮的白色散射(图2,右)。由于SPR,该明亮的蓝色波长峰值为450 nm。另外,作为球形银纳米颗粒的特征,可以通过改变表面附近的粒径和局部折射率,将该SPR的峰值波长调节为400(紫色)至530(绿色)nm。我可以给你。此外,如果使用棒状或板状的银纳米粒子,则SPR峰值波


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图2(左)的表面等离子体共振是由于特定波长的照射光的强耦合而使金属纳米粒子的自由电子振荡的现象。 (右)60 nm银纳米颗粒的暗视野显微照片(730815)


银纳米颗粒的表征

通常使用诸如TEM,扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)的方法来测量金属纳米颗粒的尺寸和形状。为了测量颗粒的团聚状态,通过诸如DLS和盘式离心沉降的方法测量溶液中颗粒的有效尺寸。另一方面,由于银纳米颗粒的独特光学性质,可以从溶液中的银纳米颗粒的光谱分析获得关于纳米颗粒的物理状态的大量信息。图3的左侧示出了银纳米颗粒的光谱和直径之间的关系。随着直径的增加,等离激元吸收的峰移至长波长侧并变宽。如果直径超过80nm,则次要峰将出现在比主峰短的波长侧。该次级峰归因于四极共振,并且具有与偶极共振不同的电子振动模式。峰值波长,峰值宽度和二阶共振效应表现为特定粒径和形状的等离激元纳米粒子特有的光谱特征。此外,可以从UV-Vis光谱观察纳米粒子如何随时间变化。当银纳米颗粒聚集时,金属颗粒变得电耦合并且表现出与单个颗粒不同的SPR。当多个纳米粒子附聚时,等离子体共振比单个纳米粒子的共振红移到更长的波长,因此观察到粒子附聚是红色可见或红外区域光谱强度的增加。我会。在图3右侧的光谱中可以看到这种效果,并且光学响应证实了通过添加盐使银纳米颗粒溶液不稳定。随时间仔细观察银纳米粒子的UV-Vis光谱是确定纳米粒子是否发生聚集的有效方法。


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图3(纳米)银纳米颗粒溶液的消光(散射+吸收)光谱(直径:10-100 nm,浓度:0.02 mg / mL)。 (右)添加盐溶液后银纳米颗粒的消光(消光:消光,消光)光谱的转变。


对于未聚集的银纳米颗粒溶液,如果它们的光谱形状与新鲜制备的悬浮液相似,则可以使用UV-Vis光谱定量纳米颗粒的浓度。 银纳米颗粒溶液的浓度是根据兰伯特-比尔定律计算的,并且与光密度(OD:光密度,是通过溶液的光通量的度量)和浓度有关。 由于OD与浓度成正比,因此可用于定量纳米颗粒溶液。


银纳米颗粒的表面化学

当纳米颗粒存在于溶液中时,纳米颗粒的表面形成双电层,该双电层使颗粒稳定并防止聚集。 Aldrich处理分散在稀柠檬酸缓冲溶液中的银纳米颗粒,并且柠檬酸与纳米颗粒的表面弱结合。柠檬酸化合物是弱结合的封端剂,因此颗粒在长时间内稳定,并且可以容易地被各种化合物例如硫醇,胺,聚合物,抗体和蛋白质取代。因为。


银纳米颗粒的应用实例

银纳米颗粒被用于许多技术中,并且利用它们的光学性质,电导率和抗菌性质,存在多种可商购的产品。


诊断剂:用作生物标签,用于生物传感器和许多分析方法中的定量检测。

抗菌:抗菌作用用于衣服,鞋子,油漆,伤口敷料,电器,化妆品,塑料等。

导电性:用于导电油墨中,并用作复合材料的成分,以改善热特性和导电性。

光学特性:用于有效收集光并改善诸如金属增强荧光(MEF)和表面增强拉曼散射(SERS)之类的光谱学性能。我是。

银纳米颗粒在纳米毒理学研究中的应用

近年来,人们对纳米材料的物理和化学特性与其对环境和人体的潜在危险之间的关系的研究给予了极大的关注。对纳米粒子的大小,形状和表面的精确控制将使我们能够更好地了解纳米粒子的性质与其毒理学作用之间的相关性。具有明确定义的物理性质和化学性质的单分散非聚集纳米粒子将首次使我们能够研究与生物系统和环境的相互作用。由于近来银纳米颗粒已广泛用于一般消费品中,因此国际上正在努力确认其安全性并了解抗菌作用的机理。尽管银胶体由于具有健康益处而已使用了数十年,但对其环境影响的详细研究才刚刚开始。早期研究表明,对细胞和微生物的影响主要是由于纳米颗粒表面释放了低浓度的银离子。离子释放速率受纳米颗粒尺寸的影响(颗粒尺寸越小,释放速率越快),温度(温度越高,促进溶解),暴露于氧气,硫和光的影响。迄今为止的研究结果表明,银纳米颗粒的毒性比同等量的银盐化合物低得多。


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