溶液的酸碱性对生物活性分子在纳米材料界面构型的影响(4)
1.2.2 纳米材料的特性
纳米微粒尺寸小，具有大的比表面积，表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加，产生了量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、量子限域效应及宏观量子隧道效应，从而导致纳米微粒的热、磁、光、敏感特性和表面稳定性等不同于常规材料。
（1） 量子尺寸效应
纳米材料尺寸与电子的德布罗意波长、超导相干波长及激子玻尔半径相比拟，电子平均自由程很短，局域性和相干性增强。尺度下降使纳米体系包含的原子数大大降低，宏观固体表现为分立的能级，量子尺寸效应十分显著。当微粒尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散的现象，和纳米半导体微粒不连续的最高被占据分子轨道与最低未被占据分子轨道之间的能级间隙变宽的现象称为量子尺寸效应。
（2） 小尺寸效应
当微粒的尺寸与光波波长、电子的德布罗意波长的相干长度或透射深度等物理特性尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等物性呈现新的小尺寸效应。
（3） 表面效应
表面效应是指随着纳米粒子的粒径减小，比表面积增大。由于纳米粒子大的比表面积，导致了表面原子的配位不足、不饱和键增多，使表面原子具有表面能和高的活性，极不稳定，易与其它原子结合。从而引起纳米粒子表面原子输运和构型的变化，同时也引起自旋构象和电子能谱的变化。
（4） 量子限域效应
由于纳米粒子与电子的德布罗意波长、相干波长及激子玻尔半径可比拟，电子平均自由程很短，局域性和相干性增强，将引起量子限域效应。对于量子点，当粒径与Wannier 激子玻尔半径相当或更小时，易形成激子，产生激子吸收带。随着粒径的减小，激子带的吸收系数增加，由于量子限域效应，激子的最低能量向高能方向移动即蓝移。
（5） 宏观量子隧道效应
微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量以及电荷等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，故称为宏观的量子隧道效应。这一效应与量子效应一起，确定了微电子器件进一步微型化的极限，也限定了采用磁带磁盘进行信息储存的最短时间[8]。
1.2.3 纳米材料的制备方法
纳米粒子的制备方法很多，主要可分为物理方法和化学方法：物理方法主要包括真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法、冲击波破碎法、蒸汽快速冷却法以及热离子法等，但制备的纳米粒子通常纯度较低，粒径分布不均，且对技术设备要求较高；化学方法主要为微乳液法、气体冷凝法、活性氨熔融金属法、溅射法、流动液面上真空蒸镀法、电加热蒸发法、水热合成法、溶胶凝胶法等，通过化学方法合成的纳米粒子相对来说纯度高、单分散性好、易于制备、尺寸可调控和化学组成控制准确等优点[9]。
1.2.4 SERS基底的制备状况
SERS效应是吸附分子受到纳米材料周围的电磁场作用而引起散射信号放大的效应。而产生这种巨大增强效应的实质是纳米材料的局域表面等离子波共振特性。据相关文献报道，金、银、铜及碱金属等自由电子金属材料是产生局域表面等离子波共振效应的主要对象[10, 11]，其产生的增强效果受金属材料表面的粗糙化程度、材料本身的光学性质和密度等综合因素的影响，而且入射光的能量也可影响局域表面等离子波共振的产生。对于SERS而言，局域表面等离子波共振效应会放大吸附分子的散射光强度和增强纳米粒子周围的电磁场强度，且增强的电磁场强度和外加电磁场的四次方(E4)成比例。这种极大的电磁场增强效应会引起纳米粒子表面吸附分子的拉曼散射信号得到数百万倍甚至数百万亿倍的增强[12]。需要注意的是该作用过程为长程效应，即局域表面等离子波共振效应所产生的电磁场强度随着离开表面距离的增加而呈指数降低，作用范围在10 ~ 100Å[11]。由于局域表面等离子波共振效应是产生SERS的主要原因，因此制备具有优良表面等离子波共振特性的纳米基底材料具有十分重要的现实意义。
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