Een techniek om functionaliseren en zelf-assembleren Macroscopisch Nanoparticle-ligand Monolayer Films op-Sjabloonloze Substrates
Summary
Een eenvoudige, robuuste en schaalbare techniek om functionaliseren en zelf te monteren macroscopische nanodeeltjes-ligand monolaag films op-template gratis substraten wordt beschreven in dit protocol.
Abstract
Dit protocol beschrijft een zelf-assemblage techniek om macroscopische monolaag films samengesteld uit-ligand gecoate nanodeeltjes 1, 2 creëren. De eenvoudige, robuuste en schaalbare techniek efficiënt functionalizes metallische nanodeeltjes met thiol-liganden in een mengbaar water / organisch oplosmiddel mengsel om snelle enten van thiol groepen op de gouden nanodeeltjes oppervlak. De hydrofobe liganden op nanodeeltjes dan snel fasescheiding de nanodeeltjes uit de waterige suspensie op en beperken ze de lucht-vloeistof-interface. Dit drijft de-ligand bedekte nanodeeltjes monolaag domeinen vormen bij de lucht-vloeistof interface. Het gebruik van met water mengbare organische oplosmiddelen is belangrijk omdat het mogelijk maakt het transport van de nanodeeltjes van het grensvlak op-template substraten. De stroom wordt gemedieerd door een oppervlaktespanning gradiënt 3, 4 en creëert macroscopische, hoge dichtheid monolaag nanoparticle-ligand films. Deze zelf-assemblage techniek kan worden gegeneraliseerd tot het gebruik van deeltjes van verschillende samenstelling, grootte bevatten en vorm en kan leiden tot een efficiënte werkwijze voor het samenstellen van goedkope, macroscopische, hoge dichtheid monolaag nanodeeltjes films voor wijdverbreide toepassingen produceren .
Introduction
De zelf-assemblage van macroscopische nanodeeltjes films heeft veel aandacht getrokken vanwege hun unieke eigenschappen bepaald op basis van de geometrie en de samenstelling van de elementen 5 en kan leiden tot een breed scala van optische, elektronische en chemische toepassingen 6-14. Om zelf te monteren dergelijke films metallische nanodeeltjes afgedekt met liganden moeten worden verpakt in hoge dichtheid, monolagen. Maar verschillende assemblage kwesties moeten worden gericht aan de ontwikkeling van dergelijke materialen te bevorderen.
Eerste, oppervlakteactieve gestabiliseerde nanodeeltjes worden meestal gesynthetiseerd door nat-chemische methoden in verdunde suspensies 15. Aggregatie voorkomen en de wisselwerking afstand van de nanodeeltjes in de films besturen, moet de nanodeeltjes worden afgedekt met ligand schelpen. Nadat de nanodeeltjes zijn gefunctionaliseerd met liganden nanoparticles meestal blijven relatief verdunde suspensies. Een techniek is dan needed om zelf te monteren de nanodeeltjes in macroscopische, high-density, monolaag films 16, 17.
Cheng et al.. 18 fase overgebracht goud nanorods behulp gethioleerde polystyreen in een met water tetrahydrofuraan schorsing. De nanorods werden vervolgens geresuspendeerd in chloroform en een druppel werd geplaatst in een lucht-water grensvlak en ingedampt langzaam vorming monolaag films. Bigioni et al.. 17 gemaakt macroscopische monolagen van dodecaanthiol bedekte goud nanospheres behulp overmaat ligand en een snelle verdamping van het oplosmiddel, maar de nanobolletjes die nodig is om fase voorafgaand overgebracht naar zelf-assemblage zijn.
Zodra de monolaag film ontstaat ze normaal gesproken moet op een substraat te transporteren. Mayya et al.. 3 opgesloten nanospheres bij een water-tolueen-interface en overgebracht ze op-template gratis substraten met behulp van oppervlaktespanning gradiënten. Evenzo Johnson <em> et al.. 4 opgeschort zilver nanospheres dan ligand en vervolgens vertaald de nanodeeltjes op de wanden van de flacon met behulp van oppervlaktespanning gradiënten uit twee niet-mengbare vloeistoffen. Terwijl assemblagetechnieken bestaan elk van deze punten de behoefte aan efficiënte technieken nodig om te helpen bij de ontwikkeling van grootschalige nanodeeltjes filmproductie pakken.
Hier laten we een eenvoudige en robuuste techniek die de drie zelfassemblage problemen hierboven beschreven om een "een-pot" techniek figuur 1 gecombineerd. Een water mengbaar organisch oplosmiddel (bijv. tetrahydrofuran, dimeythl sulfoxide) wordt gebruikt eerst snel en efficiënt thiol-liganden (bijv. thiol-alkaan, thiol-, thiol-fenol) functionaliseren op de nanodeeltjes (bijvoorbeeld goud nanosferen, nanorods, enz.). Het mengsel rijdt vervolgens zelf-assemblage van de nanodeeltjes in macroscopische, high-density, monolayer films in de lucht-vloeistof interface met behulp van fasescheiding. Tenslotte monolaag films van nanodeeltjes vormen op-template substraten middels oppervlaktespanning gradiënten van water / organisch oplosmiddel-mengsel, Figuur 2 en Figuur 3.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit protocol beschrijft een 'one-pot' zelf-assemblage techniek om macroscopische nanodeeltjes-ligand monolaag films met behulp van fase-transfer, fasescheiding en oppervlaktespanning verlopen maken. Het voordeel van deze techniek is dat het combineert drie zelfassemblage in een enkele procedure, goedkope proces; door snel en efficiënt geleidelijk overdragen van de nanodeeltjes, de montage van de deeltjes in monolagen van het lucht-vloeistof interface en het transport van de monolaag films op-template gratis sub…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund met financiering verstrekt van de Office of Naval Research. J. Fontana erkent de National Research Council voor een postdoctorale 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).
