En teknik til at functionalize og selv samle Makroskopiske Nanopartikel-ligand monolagfilm på Skabelon-fri substrater
Summary
En enkel, robust og skalerbar teknik til functionalize og selv samle makroskopiske nanopartikel-ligand monolagfilm på skabelon-fri underlag er beskrevet i denne protokol.
Abstract
Denne protokol beskriver en saml-selv teknik til at skabe makroskopiske monolagfilm sammensat af ligand-belagt nanopartikler 1, 2. Den enkle, robuste og skalerbare teknik effektivt functionalizes metalliske nanopartikler med thiol-ligander i en blandbar blanding af vand / organisk opløsningsmiddel, der giver mulighed for hurtig podning af thiolgrupper på guld nanopartikel overflade. De hydrofobe ligander på nanopartiklerne derefter hurtigt fase fraskilles nanopartikler fra vandbaserede suspension og begrænse dem til luft-væske-grænsefladen. Dette driver ligand-udjævnede nanopartikler til at danne monolag domæner ved luft-væske-grænsefladen. Brugen af vandblandbare organiske opløsningsmidler er vigtigt, da det giver mulighed for transport af nanopartikler fra grænsefladen på skabelon-fri substrater. Strømningen er medieret af en overfladespænding gradient 3, 4 og skaber makroskopisk høj massefylde, monolag nanoparticle-ligand film. Denne Selvsamlingsproceduren teknik kan generaliseres til at omfatte brugen af partikler af forskellige sammensætninger, størrelse og form og kan føre til en effektiv samling metode til at producere billige, makroskopiske, high-density, monolag nanopartikel film til udbredte applikationer .
Introduction
Den selv-samling af makroskopiske nanopartikel film har tiltrukket stor opmærksomhed for deres unikke egenskaber bestemmes ud fra geometri og sammensætning af elementerne 5 og kan føre til en lang række af optiske, elektroniske og kemiske applikationer 6-14. Selvstændige samle sådanne film metalliske nanopartikler udjævnet med ligander skal pakkes ind i high density, monolag. Men flere montage spørgsmål skal rettes til fremme udviklingen af sådanne materialer.
Først overfladeaktivt stabiliseret metalliske nanopartikler syntetiseres typisk ved våd-kemiske metoder i fortyndede suspensioner 15. For at forhindre aggregering og at kontrollere interparticle afstand af nanopartikler i filmene, skal udjævnet med ligand skaller nanopartikler. Når nanopartiklerne er funktionaliseret med ligander nanopartikler forbliver typisk i relativt fortyndede suspensioner. En teknik er så needed til selv samle nanopartikler i makroskopiske, high-density, monolagfilm 16, 17.
Cheng et al. 18. fase overført guld nanorods hjælp thioleret polystyren i en vand-tetrahydrofuran-suspension. Nanorods hvor derefter igen suspenderet i chloroform og en dråbe blev placeret på en luft-vand-grænsefladen og inddampes langsomt, danner monolagfilm. Bigioni et al. 17. skabte makroskopiske monolog af dodecanthiol udjævnede guld nanospheres anvender overskydende ligand og hurtig fordampning af opløsningsmidlet, men nanokuglerne skulle være fase overført forud for selv-montage.
Når monolagfilm dannes de typisk skal transporteres på et substrat. Mayya et al. 3 begrænset nanosfærer på et vand-toluen-interface og overførte dem på skabelon-fri underlag ved hjælp af overfladespænding gradienter. Tilsvarende Johnson <em> et al. 4 ophængte sølv nanospheres i overskydende ligand og derefter oversat nanopartikler op væggene i hætteglasset ved hjælp af overfladespændingen gradienter fra to ikke-blandbare væsker. Mens samling teknikker eksisterer for at behandle hvert enkelt af disse spørgsmål er behov for mere effektive teknikker er nødvendig for at hjælpe med udviklingen af storstilet nanopartikel filmproduktion.
Her vi demonstrere en enkel og robust teknik, der kombinerer de tre selvsamling problemer beskrevet ovenfor i en enkelt "one-pot"-teknik, der er vist i fig. 1. En vand blandbart organisk opløsningsmiddel (fx tetrahydrofuran, dimeythl sulfoxid), anvendes til at først hurtigt og effektivt funktionalisere thiol-ligander (f.eks thiol-alkan-, thiol-en-, thiol-phenol) på nanopartikler (fx guld nanospheres, nanorods osv.). Blandingen driver så selvsamling af nanopartikler i makroskopiske, høj massefylde, Monolayer film på luft-væske grænsefladen ved hjælp af fase adskillelse. Endelig monolagfilm af nanopartikler dannes på skabelon-fri substrater ved hjælp af overfladespænding gradienter fra vand / organisk opløsningsmiddelblanding, figur 2 og figur 3.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne protokol beskriver en enkelt "one-pot" saml-selv-teknik til at skabe makroskopiske nanopartikel-ligand monolagfilm hjælp fase overførsel, faseadskillelse og overfladespænding stigninger. Fordelen ved denne teknik er, at den kombinerer tre selvsamlingsproceser i en enkelt, billig proces; ved hurtigt og effektivt afvikle overføre nanopartikler, montage partiklerne i monolag ved luft-væske-grænsefladen og transport af monolagfilm onto skabelon-fri substrater.
De mest kriti…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet med støtte leveres fra Office of Naval Research. J. Fontana anerkender National Research Council for en postdoc Associateship.
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 |
Riferimenti
- 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).
