- 文件综述（或调研报告）：
荧光增强型金属簇的制备以及细胞成像
一、纳米粒子的介绍
1、纳米粒子的概念
纳米粒子(又称团簇、超微粒、超小粒子、量子点等)一般是指尺寸在1 nm到100 nm之间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统。它具有一系列新异的物理化学特性，涉及到体相材料中所忽略的或根本不具有的基本物理化学问题。
2、纳米粒子的结构和特性
纳米粒子是由数目极少的原子或分子组成的原子群或分子群。当粒子的尺寸为几十纳米时，在同一粒子内常发现存在各种缺陷(如孪晶界、层错、位错)甚至还有不同的亚稳相共存，而当粒子的尺寸减小时，在几个纳米范围内存在不同组分的亚稳相，甚至存在非晶态。纳米粒子区别于本体结构的特点为粒子具有壳层结构。由于粒子的表面层占很大比重，而表面原子是既无长程序，又无短程序的非晶层，可以认为，粒子表面层的实际状态更接近气态，而在粒子的心部，存在结晶完好周期排布的原子，不过其结构与本体样品略有不同。如本体金的Au-Au键长为2.878埃，而55个金粒子聚合的团簇的Au-Au键长为2.803士0.01埃，这种变形是由于其体积小，表面曲率大，内部产生很高的Gibbs压力引起的。[1]纳米粒子的这种特殊类型的结构导致了它具有了如下四方面效应并由此派生出传统固体不具有的许多特殊性质。
2.1 体积效应
当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化，这就是纳米粒子的体积效应。纳米粒子的以下几方面效应及它的许多方面的应用均基于它的体积效应。这种体积效应为实用开拓了广阔的新领域，例如，纳米粒子的熔点可远低于块状本体，此特性为粉末冶金工业提供了新工艺；利用等离子共振频移随颗粒尺寸变化的性质，可以改变颗粒尺寸，控制吸收边的位移，制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁波屏蔽、隐形飞机等。
2.2 表面效应
表面效应是指纳米拉子表面原子与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
随着粒径减小，表面原子数迅速增加。另外，随着粒径的减小，纳米粒子的表面积、表面能及表面结合能都迅速增大。这主要是由于粒径越小，处于表面的原子数越多。表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同。表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活性，晶体微粒化伴有这种活性表面原子的增多，其表面能大大增加。
2.3 量子尺寸效应
粒子尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级的现象称为量子尺寸效应。早在60年代，Kubo[2]采用一电子模型求得金属超微粒子的能级间距delta;为：delta;=
为费米能级，N为微粒中的原子数。宏观物体包含无限多个原子，可知delta;趋向于零；而对纳米微粒，所含原子数有限，N值较小，这就导致delta;有一定的值。即能级间距发生分裂，能级的平均间距与颗粒中的自由电子的总数成反比。半导体纳米粒子的电子态由体相材料的连续能带随着尺寸的减小过渡到具有分立结构的能级，表现在光学吸收光谱上就是从没有结构的宽吸收过渡到具有结构的吸收特性。
2.4 宏观量子隧道效应
微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量以及电荷等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，故称为宏观的量子隧道效应MQT(Macroscopic Quantum Tunneling)，用此概念可定性解释超细镍微粒在低温下继续保持超顺磁性。Awschalom等人采用扫描隧道显微镜技术控制纳米尺度磁性纳米粒子的沉淀，用量子相干磁强计研究低温条件下微颗粒磁化率对频率的依赖性，证实了在低温确实存在磁的宏观量子隧道效应。这一效应与量子尺寸效应一起，确定了微电子器件进一步微型化的极限，也限定了采用磁带磁盘进行信息储存的最短时间。[3]
3、纳米粒子的性质
3.1光学性质
金属纳米粉末一般呈黑色，而且粒径越小，颜色越深，即纳米粒子的吸光能力越强。纳米粒子的光吸收过程中还要考虑到能级分离的量子尺寸效应和粒子与界面上的电荷分布。由于粒子中的传导电子往往凝聚成很窄的能带，因而造成窄的吸收带。Ocana等在研究金红石结构粉末的Raman光谱时发现，粒子的粒径小于激发线的波长时，Raman光谱出现新的谱带，并用平均介电常数理论予以解释。[4]
3.2 催化性质
由于表面效应的影响，纳米粒子的比表面积大，表面活性中心数多，催化效率高己早在50年代，人们已系统研究了金属纳米粒子的催化性能，发现其在适当的条件下可以催化断裂H-H、C-H、C-C和C-O键。实际上，纳米晶粒各晶面的活性是不同的Schmid在高分辨显微镜下观察到Rh原子簇在(001)，(100)，(110)及(331)面有特殊的催化活性，而(111)面的活性大大降低。另外，纳米粒子作为光催化剂时因其粒径小，极子到达表面的数量多，所以光催化效率高。
