本單元將分成以下三個部份探討一維金奈米棒之結構與特性分析。在 第一部份中，利用連續三步晶種成長法合成超高長寬比的金奈米棒，藉由 穿透式電子顯微鏡觀察結果，長度約350 nm 左右，而且產物比率很高，
長軸表面電漿共振吸收位置約在2400~2500 nm。並且再研究金奈米棒的 I-V 關係。在第二部份中，利用單相界面活性劑法合成長軸表面電漿共振 吸收波長(LSPR)小於 850 nm 的金奈米棒，將藉由 UV-Visible-Near IR 吸收 光譜儀/穿透式電子顯微鏡(TEM)探討此金奈米棒的長寬比和長軸表面電 漿共振吸收波長(LSPR)，並探討硝酸銀對於合成金奈米棒的影響。在第三 部份中，利用雙相界面活性劑法去合成長軸表面電漿共振吸收波長(LSPR) 大於850 nm 的金奈米棒，也是藉由 UV-Visible-Near IR 吸收光譜儀/穿透 式電子顯微鏡(TEM)探討此金奈米棒的長寬比和長軸表面電漿共振吸收 波長(LSPR)，並探討 CTAB 對於合成金奈米棒的影響。
在第四部份中，利用XRD 來分析比較塊材金、金奈米粒子、金奈米 棒的結晶分析。發現這三種材料都是FCC 結構，但是主要結晶面(primary crystallization facets)卻有大大的不同，詳細細節在後面文中討論。再搭配 HRTEM 觀察金奈米棒的細微結構。
4-0-1 金奈米棒的吸收光譜檢測
我們利用HP Agilent-8453吸收光譜儀（偵測的波長範圍：200 nm~1100
nm）來偵測所合成出在水溶液中的金奈米棒，藉由UV-Visible–Near IR 吸 收光譜的結果來判斷合成出的金奈米棒的長短軸比例(aspect ratio)，並輔 以 Hitach H-600穿透式電子顯微鏡(TEM)對照判斷。根據M. P. Pileni55在 2005年所提出的模擬理論，當長寬比越大的金奈米棒，其LSPR有紅位移 的現象。如圖4-1所示。
4-0-2 穿透式電子顯微鏡(TEM)和銅網製備
合成出的金奈米棒的長度以及圓柱形產率的鑑定，是以
TEM測量為主。我們是使用Hitach H-600 TEM儀器位於交通大學材料系。
因為過去的經驗，TEM 照片的對比（也就是金奈米粒子的清晰度）會受
4-1-1 硝酸對於合成高長寬比金奈米棒的影響
狀三角形的奈米圓盤(truncated triangular nanoplates)的副產物，而且這些金 奈米棒自我組裝(self-assembly)，邊對邊(side-by-side)排列得非常整齊，排IR的吸收光譜圖如圖4-4、圖4-5所示，圖4-4顯示有一吸收峰在497 nm附 近，此吸收峰表示超高長寬比金奈米棒的短軸表面電漿共振吸收。如圖 4-5，其長軸表面電漿共振吸收位置約在2400~2500 nm，與理論預測值相 當接近55(LSPR=96AR+418)，預測值約2280~2357 nm左右，相當接近。
此外，圖4-4還顯示出另外兩個吸收峰位置，830~835 nm和1030~1050 劑水蒸發之後，再測UV-Visible-Near IR 吸收光譜。由於是薄膜樣品，所 以吸收度相對上會較低。但是，我們發現如圖 4-5 所示，還是有非常多的
是，金奈米棒外圍被CTAB 所包覆，因為 CTAB 是不良的導體，所以會阻 礙電子在相鄰金奈米棒之間的傳導，所以兩極電壓須達到正負 0.3 伏特左 右，電子才能順利穿隧對面的金電極，所以曲線是非線性的。
如圖4-8，金奈米棒橫跨在兩金電極中間，而且金是非常好的導體，
所以I-V curve 呈線性，但是金奈米棒外圍被 CTAB 所包圍，所以與塊材 金比較的話，其電流值會偏低，在10-5~10-6 order, 電阻值約 105歐姆。
如圖4-9，這是金奈米棒放置兩金電極中間，兩端沒有和金電極接觸，
由I-V curve 可以發現，雖然是線性的，但電流值很低，只有 10-12 order, 電 阻值約1012歐姆。原因如下：因為金奈米棒沒有和金電極接觸，所以電子 需用穿隧的方式到達金奈米棒，而且金奈米棒外圍又有非導體CTAB 的阻 隔，所以電流值才偏低。
4-2-1 硝酸銀(AgNO
3)對於合成金奈米棒的影響
對於單相界面活性劑合成長軸表面電漿共振吸收波長小於850 nm的 金奈米棒當中，實驗的過程當中主要是控制硝酸銀(AgNO3)的添加量，來 提高金奈米棒的長寬比。
鑑定上將所合成的金奈米棒分別以HP Agilent-8453(交大材料系)吸 收光譜儀檢測，以LSPR 的吸收波長位置可以大概推測其長寬比的變化。
如圖4-10 所示，由左而右分別是添加 AgNO3(20、32、44、56、68、
80、92μL)的樣品，其表現出的 LSPR 吸收波長呈現紅位移的現象(分別是 672、700、721、750、777、805、841 nm)，由先前的理論我們知道：長 寬比越大的金奈米棒，其LSPR 吸收波長紅位移的現象會越明顯，所以添 加的AgNO3量越高則金奈米棒越長。圖 4-11 表示對應的金奈米棒的 TEM 圖，圖A、圖 B、圖 C、圖 D、圖 E、圖 F、圖 G 分別是長寬比為 2.7、3.1、
3.4、3.5、4.4、4.8、5.2 的金奈米棒。
因為在水溶液中銀離子有助於軟性模板(soft template)CTAB 往長軸拉 長，如此金奈米棒在軟性模板(soft template)往長軸發展的空間就可拉長，
形成長寬比更高的金奈米棒，所以所添加的銀離子更多其金奈米棒越長。
根據El-Sayed 的研究，若缺乏銀離子存在則匯合成出金奈米粒子，且銀離 子只有在一定pH=2.860 下才能被弱還原劑 L-ascorbic acid 所還原。所以在 反應中銀離子與CTAB 的溴離子應該是以 AgBr 形式吸附在金奈米棒側 邊，限制金奈米棒往(100)方向成長並穩定其結構。由於銀離子在實驗中不 會還原，所以不會造成金奈米棒純度的問題，不會影響到金奈米棒本身的 特性。
4-2-2 弱還原劑 L-ascorbic acid 的影響
弱還原劑L-ascorbic acid 所添加的量，主要在影響金離子從三價還原 到一價的速度，當其過量時會使得還原反應過快，使大量金奈米粒子產生 聚集，使得金奈米棒的長寬比變小。
4-3 雙相界面活性劑對於合成金奈米棒的影響
4-13-2所示，由左而右分別是固定BDAC莫耳數(750x10-6 mole)，添加CTAB(27.4、82.2、137、219.2、274、328.8 x10-6 mole)的UV-visible-Near IR的吸收光譜圖。其表現出的LSPR吸收波長呈現紅位移的現象(分別是 要成份(minor component)去合成金奈米棒的時候，由於 BDAC 有較大的立 體空間障礙，所以在金奈米棒外圍排列時，會有一些空孔結構。而這些空 孔位置會被立體空間障礙較小的CTAB 會去彌補，如果 CTAB 量越多時，
則填缺更完善，外圍界面活性劑排列得越緊密。所以金奈米棒在成長的過 程之中，更容易往(100)方向拉長，形成長寬比更高的金奈米棒。總之，添 加的CTAB 量越多，其金奈米棒越長。
4-4 塊材金、金奈米粒子、金奈米棒的結晶分析
15、16、17對於薄膜金(thin film gold)、金奈米粒子(gold NPs)、金奈米棒(gold NRs) 的結晶鑑定，我們是用(交大奈米科技中心)做XRD 分析。實驗結果發現，
這三種不同材料的金主要都有四個波峰，分別是33.93。、44.13。、64.45。、 77.44。，如圖4-17、圖 4-18、圖 4-19-1、圖 4-19-2，經過布拉格定律換算 結果，其四個波峰所對應的結晶面(crystallization facets)分別是(111)、(2 0 0)、(220)、(311) 。而且對應 XRD 表格，表 4-3，我們發現這三種不同材 料的金都是FCC(face centered cubic)結構。
但是，金奈米棒與其他兩種材料的金(薄膜金、金奈米粒子)，主要結 晶面(primary crystallization facet)卻不相同，金奈米棒的主要結晶面是以 (200)，也就是(100)為主；而塊材金和金奈米粒子卻是以(111)面族為主。。