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奈米黄金

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不同大小尺寸的奈米金粒子造成溶液不同的颜色
不同大小尺寸的奈米金粒子造成溶液不同的颜色

系列条目

纳米材料

富勒烯

碳纳米管
富勒烯
富勒烯化学
应用
流行文化
沿革
碳的同素异形体
高碳富勒烯
低碳富勒烯

纳米颗粒

量子点
纳米结构
金溶胶
银纳米粒子
铁纳米粒子
铂纳米粒子

参见
纳米技术

位能差和到粒子表面距离的函数图
位能差和到粒子表面距离的函数图
一瓶水溶性胶态金,其金粒子大小决定颜色[1]
一瓶水溶性胶态金,其金粒子大小决定颜色[1]

奈米黄金奈米金(英语:nanogold),又称胶态金colloidal gold),因为它在空气中容易聚集成为块材黄金,所以一般都把奈米黄金制备在溶液系统中。胶态金水溶液呈现悬浮溶液的特色,溶液中金颗粒大小约在次微米尺寸(小于1微米)。在溶液中,尺寸大小低于100奈米的胶态金粒子常致使溶液带有强烈的红色,而尺寸大小高于100奈米的胶态金粒子则使溶液呈蓝色或紫色。[2][3]

由于奈米粒子特殊的光学性质、电子性质、分子识别英语Molecular recognition性质与良好的生物相容性英语Biocompatibility,使纳米黄金成为了最广泛被研究的金属奈米材料,目前已应用于各种不同领域,如电子显微镜学电子学材料科学奈米科技[4][5]、生化感测、光学侦测、药物投递、催化反应、疾病治疗、电子工程以及模板结晶等。

奈米黄金的性质、应用深深地受到尺寸和形状的影响。[6]举例来说,棒状的奈米黄金粒子在UV光谱图上具有横向吸收峰和纵向吸收峰,而且非等向性的形状也影响了分子自组装时的行为。[7]

历史

早在很久远的古代,人类就已经知道制备、应用奈米黄金,主要用于制造花窗玻璃时,产生玻璃红色或紫色的色泽。工匠们在制造花窗玻璃的流程中加入金粉,金粉虽然是数微米尺寸,颗粒太大直接镶嵌在玻璃中还是金色的,但是金粉和玻璃一起熔融并冷却后,就会析出奈米黄金,使玻璃呈现鲜艳的洋红色。从小型玻璃器皿的古文物来看,人类对于奈米黄金的历史可能可以追溯到古罗马(四世纪罗马酒杯),甚至古埃及。

16世纪初时,德国炼金术师帕拉塞尔苏斯声称他制造出了名称为饮用金(Aurum Potabile)的金溶液长生不老药英语Elixir of life,不过由于当时炼金术被视为缺乏根据的学问,相关可信文献较为匮乏,对于他当时制造了何种金溶液还有待考究。

1669年,来自伦茨堡约翰·冯·劳芬斯登琨克尔英语Johann von Löwenstern-Kunckel石勒苏益格人老安德列亚斯·卡尔胡斯法语Andreas Cassius (1605-1673)(其子与其同名也是化学家不应混淆)一起发明名为卡尔胡斯紫英语Purple of Cassius的紫色沉淀釉料,改良了制造蔓越莓玻璃英语Cranberry glass的制程。先用王水先溶解块材黄金,形成氯金酸溶液,再把该溶液和氯化亚锡反应就可以还原出胶态金和二氧化锡。品管检验方式就是看金溶液的颜色,因为金的浓度和颜色深度是有相关的。1720年卡尔胡斯紫出口到中国,对后来清代瓷器的发展有深远影响。

1842年约翰·赫歇尔发明金印术英语Chrysotype,利用胶态金在纸张上印出影像。

目前发现最早文献记载对奈米金的研究起源于1847年,麦可‧法拉第三氯化金还原出含有奈米黄金粒子的溶液时,观察到黄金在不同尺度大小下不同的颜色。他称呼这种形态的黄金为活性金(Activated Gold),1857年时他使用来还原三氯化金溶液。起初卡尔胡斯紫颜料的化学组成是不明的,但是少数进行研究的科学家根据制造时加入的原料猜测颜料的内容应该是金锡化合物。[8][9]法拉第是第一个发现这种颜料的成分其实是极为细小的金颗粒的科学家。[10]

1898年里夏德·阿道夫·席格蒙迪首先从稀释过的溶液中制备出胶态金,并进行大量的溶胶基础研究。[11]席格蒙迪的研究后继有人,化学家特奥多尔·斯韦德贝里,发明了差速离心英语Differential centrifugation的方法来分离尺寸大小不同的胶态颗粒,而物理学家古斯塔夫·米则提出了米氏散射的理论来解释细小颗粒的行为。[7][12]


制作方式

物理方法

气相冷凝法

用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体,然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控,但技术设备要求高。

物理粉碎法

通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到奈米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。

机械球磨法

采用球磨方法,控制适当的条件到纯元素、合金或复合材料的奈米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。

磊晶堆叠法

用物理性之分散方法将黄金分解为原子结构的超细微化奈米金粒子,再以磊晶堆叠技术,将原子态的金粒子堆叠还原。纯度高,可制造粒径大小从0.5nm至100nm。

化学方法

化学气相沉积法

利用金属化合物蒸气的化学反应合成奈米材料。其特点产品纯度高,粒度分布窄。

沉淀法

把沉淀剂加入到盐溶液中反应后,将沉淀热处理得到奈米材料。其特点简单易行,但纯度低,颗粒半径大。

参考文献

  1. ^ Different sizes of colloidal gold particles. 互联网档案馆存档,存档日期2012-02-18.
  2. ^ Bernhard Wessling, Conductive Polymer / Solvent Systems: Solutions or Dispersions?, 1996 (on-line here) Archive.is存档,存档日期2013-01-05
  3. ^ University of Edinburgh School of Physics: Colloids (mentions Elixir of Life) 互联网档案馆存档,存档日期2006-02-18.
  4. ^ Paul Mulvaney, University of Melbourne, The beauty and elegance of Nanocrystals, Use since Roman times 互联网档案馆存档,存档日期2004-10-28.
  5. ^ C. N. Ramachandra Rao, Giridhar U. Kulkarni, P. John Thomasa, Peter P. Edwards, Metal nanoparticles and their assemblies, Chem. Soc. Rev., 2000, 29, 27-35. (on-line here; mentions Cassius and Kunchel)
  6. ^ S.Zeng; 等. A review on functionalized gold nanoparticles for biosensing applications. Plasmonics. 2011, 6 (3): 491–506. doi:10.1007/s11468-011-9228-1. 
  7. ^ 7.0 7.1 Sharma, Vivek; Park, Kyoungweon; Srinivasarao, Mohan. Colloidal dispersion of gold nanorods: Historical background, optical properties, seed-mediated synthesis, shape separation and self-assembly. Material Science and Engineering Reports. 2009, 65 (1–3): 1–38. doi:10.1016/j.mser.2009.02.002. 
  8. ^ Gay-Lussac. Ueber den Cassius'schen Goldpurpur. Annalen der Physik. 1832, 101 (8): 629–630. Bibcode:1832AnP...101..629G. doi:10.1002/andp.18321010809. 
  9. ^ Berzelius, J. J. Ueber den Cassius' schen Goldpurpur. Annalen der Physik. 1831, 98 (6): 306–308. Bibcode:1831AnP....98..306B. doi:10.1002/andp.18310980613. 
  10. ^ Faraday, M. Experimental Relations of Gold (and Other Metals) to Light,. Philos. Trans. R. Soc. London. 1857, 147: 145. doi:10.1098/rstl.1857.0011. 
  11. ^ Zsigmondy, Richard. Properties of colloids (PDF). Nobel Foundation. December 11, 1926 [2009-01-23]. 
  12. ^ S.Zeng; 等. Size dependence of Au NP-enhanced surface plasmon resonance based on differential phase measurement. Sensors and Actuators B: Chemical. 2012, 176: 1128–1133. doi:10.1016/j.snb.2012.09.073. 

外部链接

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