金属镓熔点低(29.8℃),无毒,其微纳结构在光学分析与传感、相变光学存储、微流体、热传导以及医学神经连接等领域,有重要的应用前景,因此镓将是有巨大应用前景的新材料之一。镓的表面会形成很薄的致密氧化层,可以保护液态镓纳米颗粒。其中,金属镓原子具有3个价电子,可以实现由深紫外到红外的表面等离激元(surface plasmon,SP)光谱调控。以往对可见至红外光区SP的研究较多,对紫外光区SP的研究较少,但紫外SP在紫外日盲光电探测增强、紫外本征荧光增强、紫外共振拉曼增强等领域有独特优势。镓纳米颗粒的SP可以拓展至深紫外光区。本文理论模拟部分,采用离散偶极近似法(discrete dipole approximation,DDA),研究了颗粒大小、介质、氧化层和固液相变对镓纳米结构SP的影响。实验部分采用超声合成技术,在不同气液条件下合成镓微纳颗粒。研究内容与结果如下:1.首先计算模拟研究了颗粒半径、介质和氧化层对液态镓球形纳米颗粒表面等离激元SP的影响。结果表明,通过改变半径,消光峰可从深紫外到可见区可调,随颗粒半径增大而发生显著红移;半径增加时出现多级共振,对于液态镓球形纳米颗粒,在真空、乙醇和聚乙烯开始出现四极共振的最小尺寸分别50 nm、30 nm、30 nm和20 nm。多级共振的出现与环境介质折射率有关,折射率大的在小尺寸时就能出现高极共振。另外,表面氧化层的存在导致共振峰位的红移,且消光强度呈线性下降。该研究为深紫外至可见区多波段光谱调控提供重要参考。2.接着用DDA计算方法,调控镓纳米结构的形状、尺寸和表面氧化层厚度,比较研究了固液态镓纳米结构消光谱的区别。对于球形纳米结构,真空中消光谱固液态相变时几乎重合,聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)中消光谱固液态相变时有些差别,液态镓消光效率稍高,但固液差异不大。因此,球形镓纳米结构不适合用于固液相变光学存储。对于圆柱体纳米结构,在真空中还是PDMS中,长径比较大时,液态消光效率可以远高于固态消光效率,液态消光峰窄而尖锐。这意味着采用圆柱体纳米结构选择合适的长径比,可以有差异较大的固液态SP光谱,从而用于固液相变光学存储。本研究为镓固液相变光学存储提供重要参考。3.采用超声法合成镓微纳颗粒,探究四种不同气液条件对镓颗粒尺寸、形貌、悬浮特性和光学性质的影响。四种气液条件分别氮气中合成,空气中合成,双氧水中合成与中途加双氧水合成。结果表明,合成的颗粒的尺寸以微米量级为主,少数为纳米量级。其中,氮气中合成的样品小颗粒多些;氮气中与空气中合成的颗粒接近球状或椭球状;双氧水中合成颗粒形状极不规则且表面粗糙。超声合成的颗粒都有氧化层包裹保护着。四种条件下合成的镓微纳颗粒能够在溶剂中悬浮三天而不沉降。在双氧水中合成的样品在紫外-可见区有强光吸收。在空气中合成的样品的表面壳层荧光最强。本研究为面向液态金属微流体、热传导、打印墨水和光发射材料等领域应用,提供样品合成方面的参考,有重要实用价值。