金银纳米颗粒/纤维素纳米晶复合材料的制备及光学性质
1金银纳米颗粒的表面等离子体共振(SPR)性质
金银纳米颗粒对光具有很强的吸收和散射特性，小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应以及宏观量子隧道效应等特点。其中，金银纳米颗粒最为重要的光学特征之一是表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)。1902年，Wood[1]在光学实验中首次发现了表面等离子体共振(SPR)现象。表面等离子体共振是一种光学物理现象，当一束P偏振光在一定的角度范围内入射到棱镜端面，在棱镜与金属薄膜(Au或Ag)的界面将产生表面等离子波。当入射光波的传播常数与表面等离子波的传播常数相匹配时，引起金属膜内自由电子产生共振，即表面等离子体共振，它对金属纳米颗粒的成分、颗粒形状、颗粒间距、尺寸等因素都极其敏感。
1.1贵金属成分的影响
不同元素的金属纳米颗粒的LSPR性质有很大不同。绝大多数LSPR传感实验的进行依托的是金银纳米颗粒。相比金纳米颗粒而言，银纳米颗粒具有尖锐的共振和更高的折射率灵敏度。Link等[2]研究发现，对于球体直径50-60nm，等离子体共振~530nm的金颗粒的折射率灵敏度是60nm/RIU，而等离子体共振~435nm银颗粒的折射率灵敏度是530nm/RIU。对大小30-50nm的立方体而言，等离子体共振在538nm的金颗粒的折射率灵敏度为83nm/RIU，而等离子体共振在510nm的银颗粒的折射率灵敏度为538nm/RIU。
常见的金和银纳米颗粒其LSPR光吸收及散射都位于可见区。例如，50nm的球形AgNPs消光光谱峰位于410nm左右，而50nm的球形AuNPs的消光光谱峰却在530nm左右[3]。Yoosaf课题组[4]在早期制作尺寸形状相同的金和银纳米粒子时，发现二者光谱峰的位置不同。Yoo等[5]从制作出的金核银壳结构的三角片中，发现随着加入硝酸银的量增加，整个结构中银的含量会随着增加，三角片的吸收峰会逐渐的红移。Lee等[6]发现相同形状的金和银，银的灵敏度要高于金。研究者经常将二者混合，制成颗粒。二者比例的不同，也会导致它们的光谱不同。高等[7]制成了金银合金的纳米球，他们分别对不同比例的金和银对核壳结构和合金结构光谱的影响做了探究，发现对于核壳结构，不同比例的金和银，银所占的比例越高，消光光谱峰的强度也越强。而在合金结构中，不同比例的金和银，会导致消光光谱峰的移动。
1.2颗粒形状的影响
颗粒形状很大程度上决定表面等离子体共振的灵敏度。Mock等[8]证明了银纳米三角形(350nm/RIU)比球体(160nm/RIU)灵敏度更高。作为另一个例子，Sun等[9]证明了纳米壳层(409nm/RIU)比球体(60nm/RIU)有更高的灵敏度。Lance Kelly等[10]通过理论模拟发现三角形的银纳米片等离子体共振特性不仅取决于纳米片的大小、厚度，还与纳米片的尖角密切相关，边角越尖锐，其面内偶极共振峰越红移。并且，二者的消光光谱也表现了巨大的差别。
受颗粒形状的影响，电偶极子振动的回复力也会不同，因为电偶极子振动的回复力是由电荷在颗粒表面的积累所导致的，Kabashin等[11]进行金纳米棒和金纳米球的对比实验，发现对电偶极子振动的回复力影响最明显的是金纳米棒。电荷在纳米棒上振荡和积累会有两个不同的方向:垂直方向电荷的积累较多，棒的轴向上电荷积累较少。Pietrobon等[12]实验证明了银纳米棒对电偶极子振动的回复力的影响远远大于银纳米球。
