新型配体金纳米粒子X射线探测器

烷基硫醇包裹的金纳米粒子在UV波段具有优异光增强场致发射特性，这是得益于金纳米粒子吸收产生的大量光电子能有效地通过金-硫键进入配体，大大提高了光电子与配体界面的电子传输效率，以及较低的配体电子亲合性保证了光电子在材料表面的有效发射。基于同步辐射的研究工作大量使用X射线，需要简单有效的X射线探测器，尤其在软X射线。本项目利用同步辐射连续可调X射线，着重全面研究在X射线波段的烷基硫醇包裹金纳米粒子光增强场致发射特性，结合理论计算和测量结果，通过优化配体长度、纳米颗粒大小、以及金纳米粒子膜的厚度等条件，以期达到该材料最强的光增强场致发射效应，并进一步设计出简单的X射线探测器，最终将其用于同步辐射X射线吸收谱的总荧光采集。该项目不但对烷基硫醇包裹金纳米粒子的光增强场致发射等效应进行深入基础研究，而且可以开创性地实现新型金纳米粒子X射线探测器，以期被广泛应用于X射线探测相关的科学和应用领域。

前期工作证明烷基硫醇包裹的金纳米粒子具有优异光增强场致发射特性，得益于金纳米粒子吸收产生的大量光电子能有效地通过金-硫键进入配体，大大提高了光电子与配体界面的电子传输效率，也因为较低的配体电子亲合性保证了光电子在材料表面的有效发射。我们在本项目支持下的工作进一步表明，烷基硫醇包裹金纳米粒子可通过形成以金纳米颗粒为基元自组装的超晶格薄膜，不但可以进一步提高光激发电子效率，而且其发射的电子可以异常单色化，展宽可以小到40 meV，这比Zhi-Xun Shen等人在Science 316, 1460 (2007)中报道的来自金刚烷的低能光电子发射峰小于0.5 eV的展宽还要小一个量级，这个发现将有可能导致革命性的性能优异的单色电子源的实现，具有非常广泛的应用价值。我们在2014年，提出了一项发明专利申请，该发明提供一种有机配体包裹的金纳米颗粒薄膜及其场致电子发射装置，以此薄膜作为电子发射源在低偏压下发射均一、高强度、高度单色化的电子束，具有发射面积大、发射强度高、单色性能好等优点，并且无需昂贵的真空设备，制备方法经济便捷。我们的发现也有利于进一步设计简单有效的X射线探测器，我们也提出了切实改进X射线探测器的设计方案。.另一方面，我们利用制备的合成出巯基十一烷酸稳定的金纳米颗粒引入有机薄膜太阳能光伏器件的缓冲层。目前的相关研究工作主要集中在金纳米颗粒对器件的光学吸收增强上，我们工作发现不仅可以通过金纳米颗粒与可见光的等离子体耦合效应增强光吸收，而且发现金纳米颗粒的引入缓冲层可以大大改善其上面的工作层有机分子结晶性和取向情况，而薄膜结构的改善将会产生更多电荷传输通道，这将有利于载流子的传输、分离和收集等。而我们制备基于聚噻吩P3HT和富勒烯的衍生物PCBM为给受体的有机太阳能电池性能由此得到大幅提升，这一发现可广泛应用于有机和钙钛矿光伏以及其他器件。