تقنية لFunctionalize وتجميع الذاتي عياني الجسيمات النانوية يجند أحادي الطبقة أفلام على ركائز خالية من قالب
概要
يوصف تقنية بسيطة وقوية وقابلة لfunctionalize وتجميع الذاتي العيانية الأفلام أحادي الطبقة جسيمات متناهية الصغر يجند على ركائز خالية من القالب في هذا البروتوكول.
Abstract
يصف هذا البروتوكول تقنية التجميع الذاتي لخلق افلام أحادي الطبقة العيانية يتألف من يجند النانوية المغلفة 1، 2. تقنية بسيطة وقوية وقابلة للتطوير functionalizes بكفاءة الجسيمات النانوية المعدنية مع ثيول-بروابط غير قابلة للامتزاج في خليط الماء / المذيبات العضوية السماح للتطعيم السريع للجماعات ثيول على سطح جسيمات متناهية الصغر من الذهب. وبروابط مسعور على النانوية ثم سرعان مرحلة فصل الجسيمات النانوية من تعليق مائي ومقرها حصر لهم واجهة الهواء السائل. هذا يدفع النانوية المغطاة يجند لتشكيل أحادي الطبقة المجالات في واجهة الهواء السائل. استخدام المذيبات العضوية غير قابلة للامتزاج في الماء مهم لأنه يمكن نقل النانوية من واجهة على ركائز خالية من القالب. وتتوسط تدفق من خلال سطح التوتر التدرج 3 و 4 و يخلق العيانية، عالية الكثافة، أحادي الطبقة nanopأفلام المادة يجند. يمكن تعميم هذه التقنية التجميع الذاتي لتشمل استخدام جزيئات من المؤلفات مختلفة، وحجم، وشكل، وربما يؤدي إلى أسلوب التجميع كفاءة لإنتاج الأفلام ذات التكلفة المنخفضة، العيانية، عالية الكثافة، أحادي الطبقة جسيمات متناهية الصغر للتطبيقات واسعة الانتشار .
Introduction
وقد اجتذب التجميع الذاتي للجزيئات النانو الأفلام العيانية اهتماما كبيرا لخصائص فريدة من نوعها مصممة من الهندسة وتكوين عناصر 5 وربما يؤدي إلى مجموعة واسعة من التطبيقات البصرية والالكترونية والكيميائية 6-14. لتجميع الذاتي مثل هذه الأفلام يجب أن تكون معبأة الجسيمات النانوية المعدنية توج مع بروابط إلى عالية الكثافة، الطبقات الوحيدة. ولكن العديد من القضايا التجمع تحتاج إلى معالجة للمضي قدما في تطوير مثل هذه المواد.
الأولى، استقرت السطحي عادة يتم تخليق جزيئات معدنية بالطرق الرطب الكيمياء في تعليق تمييع 15. لمنع التجميع والسيطرة على التباعد بين الجسيمات النانوية في الأفلام، وتحتاج النانوية أن توج مع قذائف يجند. بعد أن تم بين functionalized النانوية مع بروابط تبقى النانوية عادة في تعليق المخففة نسبيا. وهناك تقنية ومن ثم شمال شرقeded في تقرير المصير، تجميع الجسيمات النانوية إلى العيانية، عالية الكثافة، والأفلام أحادي الطبقة 16، 17.
تشنغ وآخرون 18 مرحلة نقل nanorods الذهب باستخدام البوليسترين thiolated في تعليق رباعي هيدرو الفوران للماء. ونانواعواد حيث ثم إعادة علقت في الكلوروفورم وضعت قطرة في واجهة بين الهواء والماء وتبخرت ببطء، وتشكيل الأفلام أحادي الطبقة. Bigioni وآخرون 17 خلق الطبقات الوحيدة العيانية من dodecanethiol توج nanospheres الذهب باستخدام يجند الزائدة وتبخر المذيبات السريع، ولكن nanospheres بحاجة إلى أن تكون مرحلة نقل قبل تجميع الذاتي.
مرة واحدة تتشكل الأفلام أحادي الطبقة التي يحتاجون إليها عادة ليتم نقلها على ركيزة. ترى مايا وآخرون. 3 nanospheres تقتصر على واجهة المياه التولوين ونقلتهم على ركائز خالية من قالب باستخدام التدرجات التوتر السطحي. وبالمثل، جونسون <eم> وآخرون. 4 nanospheres الفضة معلقة في يجند الزائدة ومن ثم ترجمتها النانوية فوق جدران القارورة باستخدام التدرجات التوتر السطحي من اثنين من سوائل قابلة للامتزاج. بينما توجد تقنيات التجميع لمعالجة كل هذه القضايا وهناك حاجة ضرورة لتقنيات أكثر كفاءة للمساعدة في تطوير الإنتاج السينمائي جسيمات متناهية الصغر على نطاق واسع.
نحن هنا يبرهن على وجود تقنية واضحة وقوية تجمع بين القضايا التجميع الذاتي الثلاث المذكورة أعلاه في ل'وعاء واحد "تقنية واحدة، كما هو موضح في الشكل رقم 1. A المياه المذيبات العضوية غير قابلة للامتزاج (مثل رباعي هيدرو الفوران، سلفوكسيد dimeythl)، ويستخدم ل الأولى بسرعة وكفاءة functionalize ثيول-بروابط (على سبيل المثال، ثيول ألكان، ثيول-إيني، ثيول فينول) على الجسيمات النانوية (على سبيل المثال nanospheres الذهب، نانواعواد، الخ). الخليط ثم يدفع التجميع الذاتي للجزيئات في العيانية، عالية الكثافة، monolaالأفلام ريال يمني في واجهة الهواء السائل باستخدام مرحلة الانفصال. أخيرا، والأفلام أحادي الطبقة النانوية تشكل على ركائز خالية من قالب باستخدام التدرجات التوتر السطحي من المياه / خليط المذيبات العضوية، الشكل 2 والشكل 3.
Protocol
Representative Results
Discussion
يصف هذا البروتوكول واحد 'وعاء واحد "تقنية التجميع الذاتي لخلق العيانية الأفلام أحادي الطبقة جسيمات متناهية الصغر باستخدام يجند نقل المرحلة، مرحلة الانفصال والتدرجات التوتر السطحي. وميزة هذا الأسلوب هو أنه يجمع بين ثلاث عمليات التجميع الذاتي في عملية منخفضة ال?…
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل مع التمويل المقدم من مكتب البحوث البحرية. J. فونتانا يقر المجلس الوطني للبحوث ما بعد الدكتوراه لالزمالة.
Materials
| 1-6 hexanedithiol | Sigma | H12005-5G | |
| 1-dodecanethiol | Sigma | 471364-100ML | |
| 20 ml liquid scintillation vials | Sigma | Z253081-1PAK | |
| acetone | Sigma | 650501-1L | |
| amicon ultra-15 centrifugal filter | Millipore | 100K | |
| centrifuge | Sorvall | RC5B | |
| centrifuge | Eppendorf | 5810R | |
| deionized water | in-house' | N/A | |
| glass slides | Sigma | CLS294875X25-72EA | |
| 15 nm gold nanospheres | Ted Pella, Inc | 15703-1 | |
| hexamethyldisilazane | Sigma | 52619-50ML | |
| hydrogen peroxide (30%) | Sigma | 216763-100ML | |
| scanning electron microscope | Carl Zeiss | Model 55 | |
| polished silicon wafer | Sun Edison | N/A | |
| spectrometer | OceanOptics | USB4000-VIS-NIR | |
| sulfuric acid | Fisher | A300-212 | |
| tetrahydrofuran | Sigma | 401757-100ML |
参考文献
- Fontana, J., Naciri, J., Rendell, R., Ratna, B. R. Macroscopic self-assembly and optical characterization of nanoparticle–ligand metamaterials. Advanced Optical Materials. 1, 100-106 (2013).
- Fontana, J., et al. Large surface-enhanced Raman scattering from self-assembled gold nanosphere monolayers. Applied Physics Letters. 102, (2013).
- Mayya, K. S., Sastry, M. A new technique for the spontaneous growth of colloidal nanoparticle superlattices. Langmuir. 15, 1902-1904 (1999).
- Spain, E. M., Johnson, D. D., Kang, B., Vigorita, J. L., Amram, A. Marangoni flow of Ag nanoparticles from the fluid-fluid interface. J Phys Chem A. 112, 9318-9323 (2008).
- Sihvola, A. Metamaterials: A Personal View. Radioengineering. 18, 90-94 (2009).
- Valentine, J., Li, J. S., Zentgraf, T., Bartal, G., Zhang, X. An optical cloak made of dielectrics. Nature Materials. 8, 568-571 (2009).
- Seo, E., et al. Double hydrophilic block copolymer templated Au nanoparticles with enhanced catalytic activity toward nitroarene reduction. The Journal of Physical Chemistry C. , (2013).
- Ward, D. R., et al. Simultaneous measurements of electronic conduction and Raman response in molecular junctions. Nano Letters. 8, 919-924 (2008).
- Perez-Gonzalez, O., et al. Optical Spectroscopy of Conductive Junctions in Plasmonic Cavities. Nano Letters. 10, 3090-3095 (2010).
- Xiao, S. M., Chettiar, U. K., Kildishev, A. V., Drachev, V. P., Shalaev, V. M. Yellow-light negative-index metamaterials. Optics Letters. 34, 3478-3480 (2009).
- Fang, N., Lee, H., Sun, C., Zhang, X. Sub-diffraction-limited optical imaging with a silver superlens. Science. 308, (2005).
- Liu, Z. W., Lee, H., Xiong, Y., Sun, C., Zhang, X. Far-field optical hyperlens magnifying sub-diffraction-limited objects. Science. 315, 1686-1686 (2007).
- Valentine, J., et al. Three-dimensional optical metamaterial with a negative refractive index. Nature. 455, (2008).
- Law, M., Greene, L. E., Johnson, J. C., Saykally, R., Yang, P. D. Nanowire dye-sensitized solar cells. Nature Materials. 4, 455-459 (2005).
- Frens, G. Controlled Nucleation for Regulation of Particle-Size in Monodisperse Gold Suspensions. Nature-Phys Sci. 241, 20-22 (1973).
- Ye, X., Chen, J., Diroll, B. T., Murray, C. B. Tunable Plasmonic Coupling in Self-Assembled Binary Nanocrystal Superlattices Studied by Correlated Optical Microspectrophotometry and Electron Microscopy. Nano Letters. 13, 1291-1297 (2013).
- Bigioni, T. P., et al. Kinetically driven self-assembly of highly ordered nanoparticle monolayers. Nature Materials. 5, (2006).
- Ng, K. C., et al. Free-Standing Plasmonic-Nanorod Super lattice Sheets. Acs Nano. 6, 925-934 (2012).
- Romero, I., Aizpurua, J., Bryant, G. W., de Abajo, F. J. G. Plasmons in nearly touching metallic nanoparticles: singular response in the limit of touching dimers. Optics Express. 14, 9988-9999 (2006).
- Caragheorgheopol, A., Chechik, V. Mechanistic aspects of ligand exchange in Au nanoparticles. Physical Chemistry Chemical Physics. 10, 5029-5041 (2008).
