银纳米结构在彩色成像技术中的应用研究

论文总字数：25362字

摘 要

等离激元效应是光与金属的相互作用，近几年，随着制造微纳结构技术的进步，等离激元效应得到极大的发展。不同形貌的的银纳米材料具有不同的颜色。通过控制银纳米结构的形貌，可以控制等离激元共振吸收波长，制备出不同颜色的颜料。特别是各种尺寸的银三角板，可展示出多种色彩，本文研究了多种形貌和尺寸的银纳米结构的可控化学合成方法，得到了高产率、大量且色彩各异的银纳米结构。而为了进一步提高金属颗粒的稳定性，则需要采用表面修饰的方式对其进行包裹，本文进一步对相关技术方法也做了实验对比研究。最终研制出了可打印、稳定性好的多种色彩的银纳米油墨样品，并采用喷墨打印和手写等方式绘制出了彩色图案。最后对其色彩特征进行了对比分析研究，研究了其光学散射特性和色彩之间的对应关系。这些研究成果对于未来实现高性能、色彩丰富的金属纳米油墨，及在彩色成像方面的应用提供了技术基础。

关键词：等离激元，银纳米三角板，彩色油墨

Abstract

The plasmon effect is the interaction between light and metal. In recent years, with the progress in the fabrication of micro- and nano-structured technologies, the plasmon effect has been greatly developed. Different shapes of silver nanomaterials have different colors. By controlling the morphology of the silver nanostructures, the plasmon resonance absorption wavelength can be controlled and different color pigments can be prepared. In particular, silver triangle plates of various sizes can display a variety of colors. In this paper, we have studied the controllable chemical synthesis methods of silver nanostructures with various shapes and sizes, and obtained silver nanostructures with high yields, large amounts, and different colors. . In order to further improve the stability of the metal particles, it is necessary to use a surface modification method to wrap them, and further comparative experiments on the related technical methods have been made. Finally, a silver nano ink sample with a variety of colors that can be printed and stabilized has been developed, and color patterns have been drawn using ink jet printing and handwriting. At last, the contrastive analysis of its color characteristics was studied, and the correspondence between the optical scattering characteristics and the color was studied. These research results provide the technical basis for the future realization of high-performance, color-rich metallic nano inks and their applications in color imaging.Keywords:Plasmon, Silver nanocube, Color ink

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1表面等离激元颜色 2

1.2.2纳米加工技术与工艺 3

1.2.3银纳米材料制备技术 4

1.2.4等离激元颜料优点 5

1.3 论文研究内容及意义 6

1.4 论文组织结构 7

第二章 银纳米结构的制备方法研究 8

2.1 引言 8

2.2 两步法制备银三角板 8

2.2.1 硼氢化钠对制备种子的影响分析................................................................................................8

2.2.2 银纳米三角板光谱控制方法 9

2.3 本章小结 10

第三章 银纳米板的包裹 12

3.1 引言 12

3.2 药品用量对包裹效果的影响 12

3.3 核壳种类与厚度对三角板色谱的影响 13

3.4 本章小结 15

第四章 银纳米三角板的形貌控制 16

4.1 引言 16

4.2 溴化物刻蚀银纳米三角板 16

4.3 本章小结.........................................................................................................................................18

第五章 金属油墨喷墨打印方法研究 19

5.1 引言 19

5.2 油墨制备与打印 19

5.3 三角板油墨性能和优势分析 21

5.4 本章小结 21

第六章 总结与展望 23

6.1 总结 23

6.2 展望 23

致谢 24

参考文献 25

绪论

研究背景

彩色图像成像在人们的日常生活中有很重要的地位，随着科学技术的发展，人们对彩色图案成像质量的要求也不断提高，提供高质量彩色成像技术已经成为改善民众生活水平的一部分。通常而言，彩色成像技术可分为静态彩色成像技术和动态彩色成像技术。动态彩色成像技术指动态的呈现彩色图像，例如各种显示器显示彩色图像。动态彩色成像涉及显示技术，计算机算法等领域。静态成像技术在这里指静态的显示彩色图像，一旦图像被设计出来，它就不再可以被动态改变。例如彩色油墨打印，纺织物染色等，就是静态成像的例子。颜料技术是一种主要的静态彩色成像技术。与能够渗透进入织物组织内部着色的染料不同，颜料覆盖在基底材料表面，通过反射不同的光呈现出不同颜色的图像。颜料的分类方法众多，可以按照颜色，显色成分，生产方式，应用环境等情况分类。其中，金属颜料是通过将金属及其合金磨成粉末制得的颜料，包括铝粉，钛粉，不锈钢粉等可以用作装饰。传统的彩色金属颜料只能表现出有限的颜色，这种颜色由作为原料的金属合成的成分决定。这些年来，随着新兴技术的发展，出现了很多新的颜料类型。例如纳米光子学技术的飞速的发展，因其带来的新颖的光学效应受到了科研工作者的广泛关注。通过使用纳米光子学技术，可以制备出新的金属颜料。

使用金属纳米结构实现彩色图案与传统油墨有很大不同。不同于传统油墨的有色成分密堆积，金属纳米彩色图案利用了金属纳米结构的局域表面等离子体共振效应(LSPR：localized Surface Plasmon Resonance)，即：具有特定结构的金属纳米结构在一些特定波段展现出很强的光谱吸收，从而可以获得局域表面等离子体共振光谱。等离激元效应产生的颜色是由光与纳米结构的相互作用产生的，它与分子和原子的离散谐振波能量状态有关。通过设计出特定的结构，实现金属中自由传导电子的集体震荡[1,2]，从而使得纳米结构具有特定的光学性质，这使我们得以拓宽等离激元色彩[3-5]。除了特殊的周期性结构，具有各向异性的金属纳米材料也具有很强的等离激元效应。各向异性结构的金属纳米颗粒对特定波长的可见光具有很强的吸收作用，而对其它波长的可见光吸收较弱，在宏观上呈现出吸收较弱的可见光的颜色。通过光谱分析，可以发现不同金属纳米颗粒具有不同的吸收光谱。通过控制和调整制备工艺，可以控制金属颗粒的形貌和大小从而改变金属颗粒对不同波长可见光的吸收，来达到显示出不同颜色的效果。

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