金纳米粒子的制备及其折射率传感性质研究(2)
1.1 纳米技术简介
纳米科学是一门新兴学科，它是通过研究和利用原子分子结构、特征及它们之间的相互作用而形成的，范围是0.1~100 nm。纳米化学(nanochemistry)、纳米生物学(nanomedicine)、纳米材料学(nanomaterials science)、纳米计量学(nanometrology)等都在它的范畴之内。
纳米科技的物质基础是纳米材料，从历史发展来看，只有在新材料的支持下新技术才能存活并发展下去[1]。实现纳米技术有三种方法：生物学法、超分子化学法以及扫描探针技术，它与分子生物学和化学分析相互关联、共同发展。
纳米材料是指其材料是由纳米级别的尺度材料组成，或者空间结构上至少有一文是纳米尺度的材料也可算是纳米材料。由于他的尺寸极小，已进入到纳米量级，所以使得它区别于普通材料。
1.2贵金属纳米颗粒概述
1.2.1贵金属纳米的四种基本效应
（1）表面效应：纳米粒子的粒径越小，其比表面积和表面能则会越大。在纳米颗粒的表面只有很少的相邻原子，很多悬空键悬空导致表面的原子无法完全配对，因此越来越多的饱和键使它与别的原子结合，从而达到降低纳米粒子表面能的效果。
（2）量子尺寸效应：当纳米粒子的尺寸小于一定数值，并且其能级间距大于其它能量如热能、磁能等，费米能级附近的电子能级将由连续能级转变为分立能级。
（3）体积效应：当纳米粒子的尺寸小于或等于德布罗意波长时，边界条件和各向异性性质将会被改变，从而改变纳米粒子的催化性、光吸收等性质。比如光吸收产生局域表面等离子体共振频移、超导相向正常相转变等。
（4）宏观隧道量子效应: 微观粒子能够贯穿势垒，这便被称为隧道效应。一些宏观量如磁化强度能够贯穿宏观势垒产生变化，这便称为是宏观量子隧道效应。
在众多材料中，就属贵金属纳米材料被人类研究的最深入，因表面等离子体共振赋予了贵金属纳米材料独特的光学以及电化学性质[2]，所以它是纳米材料的一个重要分支。在古罗马时期，贵金属纳米粒子就在工艺品上就有所应用 (如图 1.1)所示[3]。
1.2.2贵金属纳米的性质
（1）光学性质：根据贵金属纳米颗粒的效应，与尺寸变化到纳米量级时块体材料在超微颗粒状态时呈现为黑色相比，纳米颗粒尺寸小到一定程度时具有很强的吸光性。纳米颗粒的量子能级分裂因为量子限域效而变得显著,增大价带与导带之间的间隙导致吸收峰向短波方向移动，称为蓝移。反之，称为红移。
（2）热学性质：一般情况下，大尺寸固态物质熔点固定，但当物质被超细微化后，其熔点会显然降低。尤其在颗粒尺寸小于10 nm时，其熔点会降低的更为明显。。
（3）催化性质：因为贵金属材料的尺寸小比表面积大，并且具有较高的活性，因此其具有一定的催化功能。
1.3 金纳米粒子的应用
近期，金纳米粒子因合成方法简单、高产率等优点使得它在材料科学、生物医学等方面被越来越多的应用。例如，胶体金对于心脏病、肿瘤等一些疾病的治疗很有帮助。
1.3.1生物传感
因为金属纳米表面等离子体共振峰位置会受介电环境影响，并且大多缓冲溶液的折射率比有机分子折射率高，因此金纳米粒子会在折射率增加的有机分子和纳米粒子结合的混合溶液中产生消光谱红移，可以利用这一特点监测生物分子。
1.3.2 表面增强拉曼散射
拉曼散射又称拉曼效应，在其发生非弹性碰撞过程中，光波被散射从而发生频移。在探测和甄别分子上，拉曼散射光谱因其带有分子振动和转动等信息而成为一项很好的技术。但由于应用这种分子自发产生拉曼散射的强度很低，因此将金属纳米粒子的局域表面等离子体共振作为基底，可增强拉曼散射的信号。这便是表面增强拉曼散射，其增强机理有电磁增强和化学增强两种类型[4]。
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