基于介电谱原位、实时监测的微乳液法金属纳米粒子合成机理研究

Understanding the microscopic growth mechanism of nanoparticle is crucial to precisely-controlled synthesis of nanoparticles. In-situ spectroscopy methods are capable of monitoring nanoparticle synthesis process in real time, and thus are new technical methods to the investigation of the microscopic growth mechanism of nanoparticles. Targeting on Microemulsion-based metallic nanoparticle synthesis, the project will employ in-situ dielectric spectroscopy technique to monitor the dynamical growth process of metallic nanoparticle, from the aggregation of product atoms via nucleation and crystal growth to the stabilization of nanoparticle, in real time. The theoretical relationship between dielectric properties and kinetic parameters during the growth process will then be established in terms of dielectric theoretical models and their corresponding analysis methods, based on which the microscopic growth mechanism of metallic nanoparticles under different synthesis conditions will be investigated. The project will advance the understanding on the growth mechanism of metallic nanoparticles synthesized in microemulsion from a novel viewpoint of dielectric polarization. Therefore, the project is hoped to provide important theoretical basis for the improvement on the quality and efficiency of controlled synthesis of metallic nanoparticles. The project is also of great significance for developing the real-time monitoring function of dielectric spectroscopy and for exploring on-line controlling technique for the synthesis of special nanomaterials.

理解纳米粒子生长的微观机理对其精准控制合成至关重要。原位光谱技术可以实时监测纳米粒子合成过程，是研究其生长微观机理新的技术手段。本项目拟以金属纳米粒子的微乳液合成为研究对象，利用原位介电谱技术对金属纳米粒子从产物原子聚集、晶核形成、晶体生长直至粒子稳定成型的动态生长过程进行实时监测，通过介电理论模型及其解析方法阐明该过程中体系介电性质与动力学参数之间的理论关系，在此基础上研究不同合成条件下金属纳米粒子生长的微观机理。本项目将从介电极化这个新视角推进人们对微乳液合成中金属纳米粒子生长机理的理解，因而有望为提高金属纳米粒子的控制合成质量与效率提供重要的理论依据。本项目在拓展介电谱方法的实时监测功能以及开发特殊纳米材料制备的在线调控技术方面也具有十分重要的意义。

微乳液法是合成纳米粒子最重要的方法之一，但基于该方法的精准控制合成一直受制于人们对该过程中纳米粒子的生长机理理解的匮乏。原位、实时表征技术因能实时揭示该动态过程而有望深入理解纳米粒子生长的微观机理。由于具有非入侵性、测量迅速、对样品要求低等优势，介电谱是一种理想的原位、实时监测技术。本项目利用介电谱对微乳液法合成纳米粒子的动态过程进行原位和实时监测，利用介电弛豫行为的特征弛豫参数表征该动态过程，并且在理解介电弛豫的极化机制基础上，建立弛豫参数与纳米粒子生长的动力学参数间的联系，进而为纳米粒子生长的微观机理的理解提供一个全新视角。. 项目紧紧围绕下述三方面内容展开：微乳液法纳米粒子合成过程的介电谱实时监测；微乳液及相关非均相体系的介电行为解析；及合成过程中纳米粒子的形成和生长过程的微观机理探讨。经四年项目开展，顺利完成了这些研究内容并在此基础上扩展了研究内容，获得了一些很有意义的结果：1) 建立了针对微乳液合成体系的宽频介电谱原位、实时监测系统，实现了对该过程高效、灵敏地实时监测；2) 建立了适合微乳液体系的介电模型，完善了相关的介电理论，发展了介电谱的数据解析方法，进而应用于纳米粒子合成过程中介电弛豫行为的极化机制及行为特征的确定；3) 系统地测量了不同环境下纳米粒子的合成过程，通过对合成过程中弛豫行为特征的研究，从介电谱角度初步确定了纳米粒子从晶核形成、晶体生长直至纳米粒子稳定成型的微观机理。此外，基于项目执行过程中对介电谱的理论、模型、解析方法、以及实时监测功能的深入认识，扩展了研究内容，不仅从侧面促进了项目内容的开展，而且极大推动了介电谱方法的应用内涵。. 尽管部分研究还在进行中，但已完成的内容充分证明了介电谱对微乳液法纳米粒子合成过程的实时监测的可行性和有效性。进一步的研究定能从介电谱这个特殊视角为纳米粒子生长的微观机理提供更深入的理解。