טכניקה לfunctionalize ועצמי להרכיב מקרוסקופית Nanoparticle ליגנד חד שכבתי סרטים על גבי מצעים נטולי תבנית
Summary
טכניקה פשוטה, חזקה וניתן להרחבה לfunctionalize ולהרכיב עצמי סרטי monolayer nanoparticle ליגנד מקרוסקופית על גבי מצעים נטולי תבנית מתוארת בפרוטוקול זה.
Abstract
פרוטוקול זה מתאר טכניקת הרכבה עצמית ליצירת סרטי monolayer מקרוסקופית מורכבים מחלקיקים מצופים יגנד 1, 2. טכניקה פשוטה, חזקה וניתן להרחבה ביעילות functionalizes חלקיקים מתכתיים עם תיאול-ligands בתערובת מים / ממס אורגני ליל המאפשרת השתלה מהירה של קבוצות תיאול על גבי משטח הזהב nanoparticle. Ligands הידרופובי על חלקיקים לאחר מכן במהירות השלב להפריד את חלקיקים מההשעיה המימית מבוסס ולהגביל אותם לממשק אוויר הנוזל. זה שמניע את חלקיקים הכתיר יגנד כדי ליצור תחומים monolayer בממשק אוויר הנוזל. השימוש בממסים אורגניים במים בליל חשוב שכן הוא מאפשר ההובלה של חלקיקים מהממשק על גבי מצעים נטולי תבנית. הזרימה מתווכת על ידי שיפוע פני השטח מתח 3, 4 ו יוצרת צפיפות גבוהה, nanop מאקרוסקופי, monolayerסרטי מאמר ליגנד. טכניקת הרכבה עצמית זה עשויה להיות כללי כדי לכלול את השימוש של חלקיקים של יצירות שונות, גודל וצורה ועלולה להוביל לשיטת הרכבה יעילה להפיק סרטים בעלות נמוכה, בצפיפות גבוהה, nanoparticle מאקרוסקופי, monolayer עבור יישומים נרחבים .
Introduction
ההרכבה העצמית של סרטי nanoparticle מקרוסקופית משכה תשומת לב רבה למאפיינים הייחודיים שלהם נקבעו מתוך הגיאומטריה ובהרכב של האלמנטים 5 ועלולה להוביל למגוון רחב של יישומים אופטיים, אלקטרוניים וכימיים 6-14. לסרטים כגון עצמי להרכיב חלקיקים מתכתיים כתרים עם ligands חייבים להיות ארוזים בתוך צפיפות גבוהה, monolayers. עם זאת כמה בעיות הרכבה צורך לטפל כדי לקדם את הפיתוח של חומרים כאלה.
ראשית, פעילי שטח התייצב חלקיקים מתכתיים מסונתזים בדרך כלל על ידי שיטות כימיה רטובה בהשעיות לדלל 15. כדי למנוע צבירה ולשלוט במרווח interparticle של חלקיקים בסרטים, חלקיקים צריכים להיות כתרים עם פגזים ליגנד. לאחר חלקיקים כבר פונקציונליות עם ligands חלקיקים נשארים בדרך כלל במתלים יחסית לדלל. טכניקה היא אז needed עצמי להרכיב חלקיקים לתוך צפיפות גבוהה, סרטי מאקרוסקופי, monolayer 16, 17.
נג et al. 18 שלב הועבר nanorods זהב באמצעות קלקר thiolated בהשעית מים tetrahydrofuran. Nanorods בי אז מחדש תלוי בכלורופורם וירידה הוצבה בממשק אוויר מים ומתאדה באיטיות, ויצר סרטי שכבה. Bigioni et al. 17 נוצרו monolayers מקרוסקופית של nanospheres זהב dodecanethiol הכתיר באמצעות יגנד עודף ואידוי ממס מהיר, אבל nanospheres צריך להיות שלב הועבר לפני הרכבה עצמית.
ברגע שסרטי monolayer נוצרים הם בדרך כלל צריכים להיות מועברים על גבי מצע. Mayya et al. 3 מרותק nanospheres בממשק המים טולואן והעביר אותם על גבי מצעים נטולי תבנית באמצעות הדרגתיים מתח פנים. בדומה לכך, ג'ונסון <eמ '> et al. 4 nanospheres מושעה כסף ביגנד העודף ולאחר מכן תרגם את חלקיקים את הקירות של הבקבוקון באמצעות הדרגתיים מתח פנים משני נוזלי immiscible. בעוד טכניקות הרכבה קיימות כדי לטפל בכל אחד מהנושאים הללו יש צורך הצורך בטכניקות יעילה יותר כדי לסייע בפיתוח של הפקת סרט nanoparticle בקנה מידה גדולה.
כאן אנו מדגימים טכניקה פשוטה וחזקה המשלבת את נושאי הרכבה עצמית שלושה שתוארו לעיל לטכניקה יחידה "בסיר אחד", המוצגת באיור 1. ממס אורגני בליל מים (לדוגמא tetrahydrofuran, sulfoxide dimeythl), משמש כדי ראשון functionalize מהירות וביעילות תיאול-ligands (למשל תיאול-alkane, תיאול-מז, תיאול-פנול) על גבי חלקיקים (למשל nanospheres זהב, nanorods, וכו '). התערובת ואז נוסעת להרכבה עצמית של חלקיקים לתוך מקרוסקופית, בצפיפות גבוהה, monolaסרטי yer בממשק אוויר הנוזל באמצעות הפרדת פאזות. לבסוף, סרטי monolayer של חלקיקים יוצרים על גבי מצעים נטולי תבנית באמצעות הדרגתיים מתח פנים מהמים / תערובת ממס אורגנית, איור 2 ואיור 3.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול זה מתאר טכניקה יחידה "בסיר אחד" הרכבה עצמית ליצירת סרטי monolayer מקרוסקופית nanoparticle ליגנד באמצעות העברת שלב, שלב הפרדה והדרגות מתח פנים. היתרון של שיטה זו הוא שהיא משלבת שלושה תהליכי הרכבה עצמית לתהליך אחד, בעלות נמוכה; במהירות וביעילות לשלב העברת חלקיקים, ה…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה במימון הניתן ממשרד מחקר של צי. ג'יי פונטנה מכירה במועצה הלאומית למחקר לAssociateship דוקטורט.
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).
