离子辐照产生空心银纳米颗粒的机制研究

"离子辐照形成空心银纳米颗粒，蔡光旭，任峰，肖湘衡，范丽霞，蒋昌忠。离子注入技术在金属纳米颗粒制备中的应用，特别是通过Ag+注入非晶SiO2形成Ag纳米颗粒层，并通过不同能量的Ar+辐照改变其结构。" 本文探讨了利用离子辐照技术来控制金属纳米颗粒的分布和结构，特别是在创建空心银纳米颗粒方面的新进展。研究团队首先将能量为200 keV、剂量为5×1016 ions/cm2的Ag+离子注入非晶态二氧化硅(SiO2)中，这一步骤形成了Ag纳米颗粒层。随后，他们使用能量分别为200 keV和500 keV的Ar+离子对这些颗粒进行进一步处理。经过Ar+的辐照，一些较大的Ag纳米颗粒内部出现了空洞，且空洞尺寸随Ar+剂量增加而增大。 在分析过程中，研究者利用Trim程序进行了模拟分析，揭示了在Ar+辐照过程中，核能量损失和电子能量损失是影响Ag纳米颗粒尺寸分布和结构的关键因素。在未辐照前，Ag纳米颗粒在非晶SiO2中沿纵向呈现近似高斯分布；经过Ar+辐照后，较大颗粒的平均尺寸增加，而小颗粒则逐渐消失，尤其是在投影射程下方的区域。 Ag纳米颗粒因其独特的物理和化学特性，如表面等离子体共振效应导致的可见光区强吸收，广泛应用于传感器、光开关和生物医药等领域。离子注入技术作为一种有效的制备手段，不受被注入材料固溶度限制，能在各种温度条件下精确控制掺杂浓度和深度，适用于在有机和无机材料中形成金属纳米颗粒或纳米合金。 在课题组的前期工作中，已经展示了如何通过离子注入形成银纳米颗粒，并且这一技术已被用于在PMMA和环氧树脂等有机材料以及SiO2玻璃中形成纳米颗粒层。通过双元素离子注入，还可以创造新型的纳米合金结构。 这项研究深化了我们对离子注入技术在纳米材料制备中作用的理解，尤其是如何通过精细调控离子能量和剂量来制造具有特定结构特性的空心银纳米颗粒，这对于优化纳米材料性能和拓展其应用领域具有重要意义。