藉由晶種成長法可以成功地做出不同長寬比和長軸表面電漿共振吸 收波長的金奈米棒，並利用穿透式電子顯微鏡(TEM)、UV-Near IR 吸收光 譜、X-ray 繞射光譜儀(XRD)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、高解析穿透式電 子顯微鏡(HRTEM)、確認其金奈米棒長寬比和吸收波長得到以下結論。
連續三步晶種成長法部分：在金奈米棒成長過程之中經由添加微量硝 酸，可以做出產物比率很高、長寬比20.5 左右的金奈米棒。
量測金奈米棒 I-V curve 部分：目前發現並排和橫排方向的性質不一 樣，未來可能可以應用在紅外光感測器中。
單相界面活性劑部分：可以經由控制添加硝酸銀的量，做出長寬比 2.7~5.5 的金奈米棒。
雙相界面活性劑部分：可以經由控制雙相界面活性劑的莫耳比例，做 出長度更長的金奈米棒，長寬比在5.6~10。
XRD 部分：發現三種不同材料的金(塊材金金奈米粒子金奈米棒)都 是FCC 結構，但是主要結晶面卻有些不同。
零維(0-D) 一維(1-D)
二維(2-D)
圖1-1 奈米材料幾何結構的分類
圖1-2 粒子粒徑越小，表面的原子數比例越高
40
_ _
圖2-1 金奈米粒子之TEM
尺寸大小(a)5.5 nm (b)8.0 nm (c)17 nm (d)37 nm
1 day Reduction NaBH4 in DI water
organic phase Isolate Stirring 20min
HAuCl4 in DI Water
In Toluene
N(Oct)4Br
圖2-2 油熱法流程圖
42
圖2-3 電化學法示意圖
圖2-4 陽極氧化鋁模板沉積法示意圖
圖 2-5 尾對尾連接金奈米棒
圖 2-6 隨 SiO2 厚度增加特性吸收帶有紅位移現象
44
圖3-1 Grazing incident X-ray diffraction 示意圖
350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 0.0
0.5 1.0
optical density
wavelength(nm)
圖 3-2 晶種之 UV-visible 吸收光譜圖
seeding
Grow solution No.2
0.1 M Ascorbic
acid
2.5x10-4 M HAuCl4 + 0.1M CTAB in 9mL、9mL 、90mL DI，
labeled No.1 、No.2 、No.3
1mL of seeds 1mL of No.1
No.1
24 hrs
Nanorods
10mL of No.2, 600μL HNO3
No.3
1hr
圖 3-3 連續三步晶種成長法之流程圖
46
in DI
CTAB ( 9.5mL，0.1M )
+ 0.01M AgNO3( 20~ 92μL ) AA( 55μL，0.1M ) + HAuCl4(0.5mL，0.01M)
colorless
12μL seed 24 hr
12000 rpm
TEM 、 UV-near IR spectrum 、 XRD 、 SEM 、 HRTEM nanorods
圖 3-4 單相界面活性劑實驗流程圖
TEM 、 UV-near IR spectrum 、 XRD 、 SEM 、 HRTEM
BDAC ( 5mL，0.15M )
+ CTAB (10、30、50、80、100 、120mg) + AgNO3(200μL，0.04M)
+ HAuCl4(0.5mL，0.001M)
12μL seed 24 hr
12000 rpm
nanorods in DI
AA( 55μL，0.1M )
colorless
圖 3-5 雙相界面活性劑實驗流程圖
48
SiO2
Gold nanorods solution
圖 3-6 製作 XRD 樣品之流程圖
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 600
700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
LSPR(nm)
AR LSPR = 96AR + 418
圖 4-1 金奈米棒長寬比與 LSPR 關係之理論值
200nm
圖 4-2 超高長寬比金奈米棒之 TEM 圖
50
300 320 340 360 380 400 0
5 10 15 20 25
Population(%)
Length(nm)
圖 4-3 超高長寬比金奈米棒的長度統計數據
200 400 600 800 1000 1200 1400 0.2
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
absorbance
wavelength(nm)
圖 4-4 超高長寬比金奈米棒之 UV-Visible-Near IR (400~1300 nm)吸收光譜圖
52
900 1200 1500 1800 2100 2400 0.24
0.26 0.28 0.30 0.32 0.34
absor b ance
wavelength
(nm
)圖 4-5 超高長寬比金奈米棒之 Near IR(1300~2500 nm)吸收光譜圖
I-V curve
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6
-6.0x10-2 -4.0x10-2 -2.0x10-2 0.0 2.0x10-2 4.0x10-2 6.0x10-2 8.0x10-2
Current (A)
Voltage (V)
圖 4-6 導通金電極之 I-V 關係
54
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 -4.0x10-4
-3.0x10-4 -2.0x10-4 -1.0x10-4 0.0 1.0x10-4 2.0x10-4 3.0x10-4 4.0x10-4
Current (A)
Voltage (V)
Gold electrode Gold NRs CTAB
e e e
圖 4-7 並排金棒之 I-V 關係
e e
圖 4-8 橫排金奈米棒之 I-V 關係
56
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 -1.0x10-12
0.0 1.0x10-12
Current (A)
Voltage (V)
e e
圖 4-9 橫排金奈米棒之 I-V 關係
400 500 600 700 800 900 0.0
0.5
absorbance
wavelength(nm)
圖 4-10 UV-visible spectrum（672～841nm）
58
100 nm 100 nm 100 nm 100 nm
圖 4-11 長軸表面電漿共振吸收波長小於 850 nm 的金奈米棒之 TEM 圖
100 nm 100 nm
100 nm
圖 4-11 長軸表面電漿共振吸收波長小於 850 nm 的金奈米棒之 TEM 圖
60
2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5
400 500 600 700 800 900 1000 1100 0.0
0.5
absorbance
wavelength(nm)
圖 4-13-1 UV-near IR spectrum (867~1200 nm)
62
400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 0.0
0.5
absorbance
wavelength(nm)
圖 4-13-2 UV-near IR spectrum (867~1200 nm)
100 nm
100 nm
100 nm
100 nm
圖 4-14 長軸表面電漿共振吸收波長大於 850 nm 的金奈米棒之 TEM 圖
64
100 nm
100 nm
圖 4-14 長軸表面電漿共振吸收波長大於 850 nm 的金奈米棒之 TEM 圖
5 6 7 8 9 1 0
8 5 0 9 0 0 9 5 0 1 0 0 0 1 0 5 0 1 1 0 0 1 1 5 0 1 2 0 0 1 2 5 0
LSPR
A R
圖 4-15 金奈米棒長寬比與實驗值 LSPR（867～1200 nm）關係整理
表 4-2 金奈米棒長寬比(5.6~10)統計整理
Length (nm)
Width (nm)
AR LSPR (nm)
H 55.2 9.8 5.6 867
I 59.8 8.85 6.75 953
J 75.8 10.1 7.51 1009
K 79.38 9.8 8.1 1040 L 84.5 9.7 8.7 1073 M 102.1 10.2 10 1200
66
N +
CH
3CH
3CH
3C
16H
33Br
-CTAB
Cl
-N
+CH
3CH
3C
16H
33BDAC
圖 4-16 BDAC 與 CTAB 的化學結構
40 50 60 70 80 0
1 2 3 4 5 6 7 8
inensity
2 theta(
0C)
gold NRs
圖 4-17 金奈米棒之 XRD
68
40 50 60 70 80 0
500 1000 1500 2000 2500
intensity
2 theta(
0C)
gold NPs
圖 4-18 金奈米粒子之 XRD
40 50 60 70 80 0
50000 100000 150000 200000 250000 300000
intensity
2 theta(0C)
thin film gold
圖 19-1-1 thin film gold 之 XRD
70
50 60 70 80 0
50 100 150 200 250 300 350 400
intensity
2 theta(0C)
thin film gold
圖 19-1-2 thin film gold 之 XRD
表 4-3 XRD 之 selection rule
Crystal lattice Diffraction plane Simple cubic all (h, k, l)
參考文獻
(1)Yu, Y. Y.; Chang S. S.; Lee C. L.; Wang C. R. J. Phys. Chem.B. 1997,
101, 6661.
(2)Daniel, M.C.; Astruc, D. Chem. Review. 2004, 104, 293.
(3)Nikoobakht B.; El-Sayed M. A. J. Phys. Chem. A. 2003, 107, 3372 (4)Nikoobakht B.; Wang J. P.; El-Sayed M. A. Chem. Phys. Lett.
2002,366, 17.
(5)Mohamed, M. B.; Volkov, V.; Link, S.; El-Sayed, M. A. Chem. Phys.
Lett., 2000, 317, 517.
(6)Chang, S. S.; Shi, C. W.; Chen, C. D.; Lai, W. C.; Wang C. R. C.
Langmuir, 1999, 15, 701.
(7)Kim, F.; Song, J. H.; Yang, P. J. Am. Chem. Soc., 2002, 124, 14316.
(8)Niidome, Y.; Nishioka, K.; Kawasaki, H.; Yamada S.
Chem.Commun.2003, 2376.
(9)Liu, F. K.; Chang, Y. C.; Ko, F. H.; Chu, T. C. Mater. Lett. 2003, 58, 373.
(10)Tsuji, M.; Hashimoto, M.; Nishizawa, Y.; Tsuji, T. Mater.
Lett.2004,58, 2326.
(11)Zhu, Y. J.; Hu, X. L. Chem. Lett. 2003, 32, 1140.
(16)Pratibha, L.G. ; Mark, A. H. Nano Lett, 2002, 2, 771.
(17)Wang, Z. L. ; Gao, R. P. ;Nikoobakht, M. A; El-Sayed . J. Phys.
Chem. B 2000, 104, 5417.
(18)Sengupta, A.; Mandal, K. C.; Zhang, J. Z. J. Phys. Chem. B. 2000, 104, 9396.
(19)Steigerwald, M. L.；Brus, L. E. Acc. Chem. Res. 1990, 23, 183.
(20)Wang, Y.；Herron, N. J. Phys. Chem. 1991, 95, 525.
(21)Weller, R.P. ; Bleuse, J. ; Pron, A. Nano Lett. 2002, 2, 781.
Qu, L. ; Peng, Z. A. ; Peng, X. ; Nano Lett. 2001, 1, 333.
(22)Bruchez, M. P.；Moronne, M.；Gin, P.；Weiss, S.；Alivisatos, A.P.
Science, 1998, 281, 2013.
(23)Okada, R. Appl. Phys. Lett. 1991,58,1662.
(24)Wang,Y.; Herron, N. J. Phys. Chem. 1987,91,257
(25)Gonzalo, J.; Afonso, C.N.; Madariaga, I. Apl. Phys. 1997,81,951 (26)Henglein, A. J. Phys. Chem. 1993,97,5457
(27)Enûstûn, V.; Turkevich, J. J. Am. Chem. Soc. 1963, 85, 3317.
(28)Cain, J. L.; Nikles, D.E. IEEE 1996, 32,4490
(29)Hsu, W.K.; Hare, J.P.; Terrones, M.; Kroto, H.W.; Walton, R.M.;
Harris, P. J. F. Nature 1995, 677, 687.
(30)Hsu, W.K.; Terrones, M.; Hare, J.P.; Terrones, H.; Kroto, H.W.;
Walton, D. R. M. Chem. Phys. Lett. 1996, 262,161.
(31)Seregina, M.V.; Bronstein, L.M.; Platonova, O.A.; Chernyshov, D.M.;
Valetsky, P.M. Chem. Mater. 1997, 9, 923.
(32)Cho, S.J.; Jung, S.M.; Shul, Y.G.; Ryoo, R. J. Phys.
74
Chem.1992,96,9922.
(33)Mann, S. Nature 1993,365,499.
(34)Foss, C. A.; Hornyak, G. L.; Stockert, J. A.; Martin, C. R. J. Phys.
Chem. 1994, 98, 2963.
(35)Hulteen, J. C.; Martin, C. R. J. Mater. Chem. 1997, 7, 1075.
(36)Rawashdeh, N. A. F.; Sandrock, M. L.; Seugling, C. J.; Foss, C. A.
J. Phys. Chem. B 1998, 102, 361.
(37)Zande, V.D.; Bo’hmer, M. R.; Fokkinkul, G. J.;
Schönenberger, C. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 852.
(38)Moskovits, M.; Srnova, S.;Vlckova, B. J. Chem. Phys. 2002, 116, 10435.
(39)Grabar, K.C.; Allison, K.J.; Baker, B.E.; Bright, R.M.; Brown, K.R.;
Freeman, R.G.; Fox, A.P.; Keating, C.D.; Musick, M.D.; Natan,
76
Am. Chem. Soc., 2000, 122, 4640.
(44)Andrew, T.;Taton; Gang, Lu.; Chad, A. M. J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 5164.
(45)Gregory, M. P.; Chad, M. A.; Robert, L. L. J. Am.Chem. Soc., 1999,
121, 8122.
(46)Mirkin, C.A; Inorg. Chem., 2000, 39, 2258.
(47)Park, S.J.; Andrew, T. T.; Mirkin C.A , Science, 2002, 295,1503.
(48)Letsinger, R. L.; Elghanian, R.; Mirkin C. A. Bioconjugate Chem., 2000, 11, 289.
(49)Sutherland , J. Colloid. Interface Sci. 1992, 48, 129.
(50)Grabar, K. C.; Freeman, R. G.; Hommer, M. B.; Natan, M. J.
Anal.Chem. 1995, 67, 735.
(51)Jana, N.R.;Gearheart, L.; Murphy, C.J. Langmuir . 2001, 17, 6782 (52)Teranishi, T.; Hasegawa, S;Shimizu, T. ;Miyake M. Adv. Mater.
2001, 13, ,1699
(53)Green, M. ; O’Brien P. Chem. Commun., 2000, 183
(54)Brumlik, C. J ; Martin, C.R. J. Am. Chem. SOC.1991, 113, 3174 (55)Brioude, A. ; Jiang, X. C.; Pileni, M. P. J. Phys. Chem. B. 2005, 109,
13138.
(56)Eustis, S. ; Hsu, H.Y; Mostafa, A ; El-Sayed. J. Phys.Chem. B,
2005.109, 4811.
(57)(a)Murphy, C. J. Chem. Mater. 2004, 16, 3633. (b)Gao, J.; Bender, C.
M.; Murphy, C. J. Langmuir., 2003, 19, 9065.
(58)Murphy, C. J.; Sau, T. K.; Gole, A. M.; Orendorff, C. J.; Gao, J. J.
Phys. Chem. 2005, 109, 13857.
(59)Wu, H.Y., Michael, H., Crystal Growth Design. 2007,7 ,831.