聚苯胺致密膜上银纳米结构的制备及SERS性能

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自从1977年有学者将碘单质掺杂到聚乙炔中,使聚乙炔在室温条件下由绝缘体变为导体之后,人们逐渐引发出一股导电高分子材料的研究热潮,而且随着高聚物被逐一发现,使本身绝缘的高聚物变为导体或半导体的掺杂方法也逐渐增多,其应用领域也被逐渐拓宽。在众多导电高分子材料中,聚苯胺(PANI)因其原料廉价易得、合成方法简单、具有良好的环境稳定性、电磁性能优异以及具有特殊的掺杂现象等特点,很快就成为研究最多、进展最快的导电高分子材料之一,并已成功应用于电极材料、防腐涂料、电致变色材料和电磁屏蔽材料等多个领域中。表面增强拉曼光谱(SERS)技术是一种分子结构的表征手段,因其增强信号比常规拉曼信号的强度高几个数量级,所以常被用于痕量检测中,而且水的拉曼信号极弱,可以被忽略,这就克服了液态物质无法利用红外吸收光谱进行检测的缺点,对于水溶液中分子结构的研究非常有利。虽然目前SERS技术逐渐被应用于化学、物理、生物、医药等各个研究领域,但是要使SERS技术进一步应用于痕量分析、定量分析和单分子水平的检测中,并成为一种通用的分析测试手段,仍需在制备SERS基底方面深入研究。本论文基于聚苯胺膜本身的化学还原性,将Ag+还原为Ag单质,制备出可用作SERS基底的PANI-Ag复合材料。实验中主要研究了膜的制备方法、硝酸银浓度和掺杂酸种类等条件对于生成银颗粒的影响,并运用SEM、XRD、EDAX和SERS等测试手段,对制备出银颗粒的尺寸、微观形貌、晶型和SERS性能进行了分析研究。文中主要先利用丁二酸对PANI致密膜进行预先掺杂,然后使其与硝酸银和不同种酸的混合溶液反应,所得到银颗粒的形貌尺寸各异,对致密膜的覆盖程度也有所不同,其中现场加入樟脑磺酸后得到了标准片状结构的银粒子,完全覆盖于膜上,通过XRD测试证实所得到是的面心立方(fcc)银结构,对探针分子对巯基苯甲酸(MBA)的SERS检出限可达到10-9mol/L。热拉伸致密膜会使PANI链的排布更加规则有序,从而增加了聚苯胺膜的导电性能,使得Ag颗粒在膜上的生长是沿着拉伸的方向进行的,表现出了矩阵结构。实验中水合肼预掺杂膜的作用是改变了PANI致密膜本身的氧化还原状态,使得Ag颗粒在膜上的生长速度加快,而且该复合材料的重复性和稳定性极好,实现了快速制备SERS基底的目标。
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