[发明专利]一种金属纳米颗粒复合块体玻璃材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合块体玻璃材料，尤其是涉及一种金属纳米颗粒复合块体玻璃材料及其制备方法。

背景技术

表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance:SPR）是一种物理光学现象。它利用光在玻璃与金属薄膜界面处发生全内反射时渗透到金属薄膜内的消失波，引发金属中的自由电子产生表面等离子体子，在入射角或波长为某一适当值的条件下，表面等离子体子与消失波的频率和波数相等，二者将发生共振，入射光被吸收，使反射光能量急剧下降，在反射光谱上出现反射强度最低值，此即为共振峰。紧靠在金属薄膜表面的介质折射率不同时，共振峰位置（共振角或共振波长）将不同。据此，可对待测物进行测定。共振的产生与入射光的波长和入射角、金属薄膜的介电常数及介质的折射率有关。当介质不同时，共振角或共振波长将改变。因此，谱的改变将反映与金属膜表面接触的体系（介质）的变化。复合材料中的金属纳米颗粒由于具有表面等离子体共振性质，可使复合材料应用于生物传感器、物理特性测量仪器、光波导偏转器、表面非线性光学检测、表面膜层特性研究等。

美国《等离子体》2011年出版的《单步法合成Bi包裹的球状到六角形Ag纳米颗粒及其在双色Ag:Bi玻璃纳米复合材料中的等离子性能研究》（Single-Step Synthesis and Surface Plasmons of Bismuth-Coated Spherical to Hexagonal Silver Nanoparticles in Dichroic Ag:Bismuth Glass Nanocomposites，Plasmonics(2011)6:457–467），以30K₂O-40Bi₂O₃-30B₂O₃为基质玻璃，分别添加0、0.007、0.01、0.02、0.03和0.06质量百分比（wt%）的AgNO₃，制备了银纳米颗粒掺杂铋酸盐玻璃复合块体材料，该研究结果显示，当AgNO₃含量为0.02～0.03wt%时，在780nm处有一较强的表面等离子体吸收峰，而当AgNO₃含量增加到0.06wt%时，表面等离子体吸收峰中心波长红移到817nm，但这两处表面等离子体效应均在1100nm截止。同年，荷兰的《物理学研究中的核仪器与方法，B辑》出版的《离子注入法在石英玻璃中制备金银纳米颗粒以及其非线性光学特性研究》一文Nonlinear optical properties of Au–Ag nanoplanets made by ion beam processing of bimetallic nanoclusters in silica，Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B(2011)268:3227-3230）采用离子注入法在块状石英玻璃中制备出金银纳米颗粒。研究结果表明，由于基质玻璃为折射率较低的石英玻璃，其表面等离子体吸收峰的工作波段被限制在800nm左右的短波长。可见，现有的金属纳米颗粒复合块体玻璃材料，其表面等离子体吸收峰的工作波段局限于780～820nm左右的短波长，无法覆盖1～3μm的近红外波段，限制了其应用领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种表面等离子体共振效应可覆盖近红外波段的金属纳米颗粒复合块体玻璃材料及其集简便、高效和节能于一体制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种金属纳米颗粒复合块体玻璃材料，其摩尔百分比组成包括：Bi₂O₃40～80%，BB₂O₃20～60%，含银化合物的掺杂浓度为0.1～0.5wt%，含金化合物的掺杂浓度为0.1～0.5wt%。

优选地，所述的含银化合物为AgNO₃，所述的含金化合物为AuCl₄。AgNO₃是一种比较稳定的含银化合物，不易见光分解，因此含银化合物优选AgNO₃；选择AuCl₄作为含金化合物时，引入的是离子态的金，熔融效果更好。