本發(fā)明涉及無機(jī)功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種銀@硫化銀核殼結(jié)構(gòu)光熱轉(zhuǎn)換納米材料。

背景技術(shù)：

光熱轉(zhuǎn)換材料可以將光能轉(zhuǎn)化為熱能，因而在腫瘤光熱治療、光熱成像、太陽能光熱利用、海水淡化等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。光熱轉(zhuǎn)換材料的光吸收特性對其應(yīng)用來說是至關(guān)重要的。比如，光熱轉(zhuǎn)換材料應(yīng)用與生物醫(yī)療領(lǐng)域時，要求對近紅外光有強(qiáng)烈吸收，因為近紅外光能夠穿透生物組織而不會損傷正常細(xì)胞。反之，在太陽能光熱利用領(lǐng)域，則要求光熱轉(zhuǎn)換材料在可見光區(qū)域有較強(qiáng)吸收，因為太陽輻射光譜是連續(xù)譜，能量密度最高處位于波長500納米左右。近年來，研究者針對不同的用途制備了各種各樣的光熱轉(zhuǎn)換材料。但是，同時具有不同功能的多功能光熱轉(zhuǎn)換材料比較少見。

設(shè)計制備多功能光熱轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)材料首先使該材料具有寬波段光吸收特性。大多數(shù)光熱轉(zhuǎn)換材料都是在特定波長具有較強(qiáng)的吸收。例如，金納米球的吸收峰在520納米，銀納米球的吸收峰在400納米。這些材料的吸收峰也可以通過一定的技術(shù)手段進(jìn)行調(diào)整，只是方法比較復(fù)雜。例如，把金納米顆粒做成棒狀，吸收峰可以在一定范圍內(nèi)變化。當(dāng)金納米棒的長徑比不斷增大時，吸收峰可以從520納米紅移到960納米(small,2010,6,2272-2280)。但是對于特定的長徑比，吸收峰位置也是確定的。為了獲得寬化的光吸收譜，就需要制備不同長徑比的金納米棒，混合起來使用，這就是制備過程復(fù)雜化。另外一種調(diào)整光熱轉(zhuǎn)換材料吸收峰位置的方法是制備核殼結(jié)構(gòu)納米材料，通過改變殼層的厚度來調(diào)整吸收峰的位置。例如，當(dāng)sio2@au核殼結(jié)構(gòu)的金殼層厚度從20納米增加到33納米時，該核殼結(jié)構(gòu)的吸收峰從550納米紅移到800納米(chem.phy.lett.,1998,288,243-247)。同樣地，為了獲得寬化的光吸收譜，就需要制備不同殼厚的核殼結(jié)構(gòu)混合起來使用。如果能制備特殊的核殼結(jié)構(gòu)，使其殼層具有漸變的厚度，不同的厚度對應(yīng)于不同的吸收峰位置。這樣，一個單一的核殼結(jié)構(gòu)就可以具有連續(xù)變化的吸收峰位置，從而獲得寬波段光吸收特性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明以銀納米立方體為反應(yīng)模板，利用銀納米立方體各處反應(yīng)活性的差異，通過表面界面化學(xué)反應(yīng)制備具有漸變殼層厚度的銀@硫化銀核殼結(jié)構(gòu)。根據(jù)結(jié)晶化學(xué)基礎(chǔ)理論，銀納米立方體的八個頂角處的表面能高，因而反應(yīng)活性高，在硫化過程中形成厚度較大的硫化銀殼層。相對而言，銀納米立方體六個面的中心區(qū)域表面能較低，反應(yīng)活性也較低，硫化過程中形成厚度較小的硫化銀殼層?？刂屏蚧磻?yīng)的速度和反應(yīng)程度，最終使銀納米立方體的八個頂角處形成半球狀的硫化銀殼層，而中心區(qū)域硫化銀殼層很薄，從而獲得具有漸變殼層厚度的銀@硫化銀核殼結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有寬化的吸收光譜，在不同波長范圍都有良好的光熱轉(zhuǎn)換特性，從而具有多功能化的特征。

附圖說明

圖1是銀@硫化銀核殼結(jié)構(gòu)的模型圖。

圖2是銀@硫化銀核殼結(jié)構(gòu)的電鏡圖(左：掃描電鏡，右透射電鏡)。

圖3是銀@硫化銀核殼結(jié)構(gòu)的吸收光譜。

具體實施方式

具有漸變殼層厚度的銀@硫化銀核殼結(jié)構(gòu)通過以下步驟制備：

(1)將5毫升的乙二醇置于50毫升的燒瓶中在150℃的油浴鍋中攪拌預(yù)熱1小時，然后加入1.25毫升濃度為20毫克每毫升的聚乙烯吡咯烷酮(pvp-55000)的乙二醇溶液并攪拌混合，10分鐘后加入600微升濃度為3毫摩爾每升的nash的乙二醇溶液并攪拌混合，3分鐘后加入0.5毫升濃度為3毫摩爾每升的hcl的乙二醇溶液以及0.4毫升濃度為282毫摩爾每升的cf3cooag的乙二醇溶液，在150℃下攪拌1小時后得到50nm左右的銀納米立方體的懸浮液，將該懸浮液用丙酮、無水乙醇和去離子水洗滌數(shù)次后分散在20毫升去離子水中備用。

(2)在室溫下，將10毫升濃度為20毫克每毫升的聚乙烯吡咯烷酮(pvp-k30)的水溶液加到步驟(1)制備的20毫升銀納米立方體水懸浮液中攪拌30分鐘使其混合均勻，然后在避光條件下逐滴加入10毫升濃度為0.2摩爾每升的硫代乙酰胺水溶液并攪拌8小時制備得到所述的銀@硫化銀核殼結(jié)構(gòu)。

上述步驟制備得到的銀@硫化銀核殼結(jié)構(gòu)中，銀核的尺寸約為50納米，頂角處硫化銀半球的直徑約為35納米，表面平面中心區(qū)域殼層厚度5-10納米，結(jié)構(gòu)模型如圖1所示，電鏡照片如圖2所示。該銀@硫化銀核殼結(jié)構(gòu)具有寬波段光吸收特性，從300納米到1200納米均有較強(qiáng)吸收，吸收光譜如圖3所示。在635納米激光的照射下，當(dāng)激光功率為20毫瓦的時候，15微升固含量為0.01％的銀@硫化銀核殼結(jié)構(gòu)的水分散液在40秒時間內(nèi)溫度升高2.5℃，而15微升水在相同條件下溫度沒有明顯變化。在808納米激光的照射下，當(dāng)激光功率為420毫瓦的時候，1毫升固含量為0.01％的銀@硫化銀核殼結(jié)構(gòu)的水分散液在40分鐘時間內(nèi)溫度升高34℃，而1毫升水在相同條件下溫度只升高了2.5℃。在1064納米激光的照射下，當(dāng)激光功率為420毫瓦的時候，1毫升固含量為0.01％的銀@硫化銀核殼結(jié)構(gòu)的水分散液在40分鐘時間內(nèi)溫度升高25℃，而1毫升水在相同條件下溫度只升高了6.7℃。結(jié)果表明所得的銀@硫化銀核殼結(jié)構(gòu)在不同的波段具有良好的光熱轉(zhuǎn)換特性。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種銀@硫化銀核殼結(jié)構(gòu)光熱轉(zhuǎn)換納米材料。所述核殼結(jié)構(gòu)光熱轉(zhuǎn)換納米材料以銀為核，以硫化銀為殼，具有漸變殼厚的納米核殼結(jié)構(gòu)。銀納米立方體位于核殼結(jié)構(gòu)中央，表面覆蓋硫化銀殼層，八個頂角處的硫化銀殼層形成半球體形狀。銀立方體的尺寸為50納米，作為核殼結(jié)構(gòu)的核。硫化銀殼層的厚度從中心到頂角逐漸增大，中心處硫化銀殼層厚度為5納米到10納米，頂角處硫化銀半球體的為35納米。所述核殼結(jié)構(gòu)光熱轉(zhuǎn)換納米材料在300～1200納米波段范圍內(nèi)具有良好的光熱轉(zhuǎn)換性能，可應(yīng)用于光熱治療、太陽能光熱利用等不同領(lǐng)域，是一種多功能光熱轉(zhuǎn)換材料。

技術(shù)研發(fā)人員：吳大雄;蔣茜;曾文霞;張燦英;朱海濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.12
技術(shù)公布日：2017.09.15