Şablon-ücretsiz Substratlarm üzerine makroskobik Nanoparçacık-ligand tabakalı Filmler işlevselleştirmek ve Öz-montajı A Tekniği
Summary
Şablon ücretsiz zeminler üzerine makroskobik nanoparçacık-ligand tek katmanlı filmler işlevselleştirmek ve kendine monte Basit, sağlam ve ölçeklenebilir tekniği bu protokol açıklanmıştır.
Abstract
Bu protokol ligand kaplı nanopartiküller 1, 2 oluşan makroskopik tek tabakalı filmler oluşturmak için bir öz-montaj tekniği anlatılmaktadır. Basit, dayanıklı ve etkili bir şekilde ölçeklenebilir teknik altın nanopartikül yüzey üzerine tiyol gruplarının hızlı bir aşılama için izin veren bir karışabilir bir su / organik çözücü karışımı içinde tiol ligandlarla metal nanopartiküller functionalizes. Nanopartiküller üzerinde hidrofobik ligandlar, daha sonra hızlı bir faz, sulu süspansiyondan göre nano-tanecikleri ayırmak ve hava-sıvı arayüzü bunları sınırlandırmak. Bu, hava-sıvı arayüzü de tek tabakalı etki oluşturmak için ligand kaplı nanopartiküller tahrik eder. Bu şablon içermeyen alt-tabakalar üzerine arabiriminden nanopartiküllerin taşınmasını sağlayan gibi suda karışabilen organik çözücülerin kullanılması önemlidir. Akış, bir yüzey gerilimi gradyan 3, 4 aracılığı ile ve makroskopik olarak, yüksek yoğunluklu, tek tabaka nanop oluştururmadde-ligand filmler. Bu kendi kendine montaj tekniği farklı bileşimler, büyüklükteki parçacıkların kullanımını içerir, ve şekil ve yaygın uygulamalar için düşük maliyetli, makroskopik olarak, yüksek yoğunluklu, tek tabaka nanoparçacık filmler üretmek için etkili bir montaj yönteminin yol açabilir genelleştirilebilir .
Introduction
Makroskopik nanoparçacık filmlerin kendi montaj elemanlarının 5, geometri ve bileşimden belirlenen eşsiz özellikleri için büyük ilgi ve optik, elektronik ve kimyasal uygulamaların 6-14 geniş bir yol açabilir. Kendini düzenler, bu tür filmler için ligandlar ile kaplı metalik nanopartiküllerin Yüksek yoğunlukta, tek katmanlar halinde paketlenmiş olmalıdır. Ancak çeşitli montaj gibi konular malzemelerin gelişimini ilerletmek için ele alınması gerekmektedir.
İlk olarak, yüzey aktif metal nanopartiküller tipik olarak seyreltilmiş süspansiyonlar 15 ıslak-kimya yöntemleri ile sentezlenir stabilize. Toplanmasını önlemek ve filmlerde nanopartiküllerin-arası aralığı kontrol etmek için, nanopartiküller ligand kabukları ile kapatılmış olması gerekir. Nanotanecikler, ligandlar ile işlevselleştirilmiş sonra nanopartiküller tipik olarak nispeten seyreltik süspansiyon içinde kalır. Bir teknik daha sonra ne olduğunueded için makroskopik olarak, yüksek yoğunluklu, tek katmanlı filmler 16, 17 içine nano-tanecikleri kendi kendine bir araya getirin.
Cheng ve ark. 18 faz, bir su-tetrahidrofuran süspansiyon içinde tiollenmektedir polistiren kullanılarak altın çubuklar aktarılır. Daha sonra kloroform içinde yeniden süspansiyon haline getirildi ve bir damla, bir hava-su ara yüzeyinde yerleştirilmiş ve nanorods tek tabakalı filmlerin meydana getirilmesine, yavaş yavaş buharlaştırılmıştır. Bigioni et al. 17 fazla ligand ve hızlı solvent buharlaştırma kullanılarak dodekantiolün kaplı altın nanoküre makroskopik tek tabakaları oluşturulur, ancak nanosferler kendini montaj öncesinde faz transfer olması gerekiyordu.
Tek tabakalı film oluşturulduktan sonra tipik olarak, bir alt-tabaka üzerine taşınması gerekmektedir. Mayya vd. 3 su-toluen arayüzünde nanosferler sınırlı ve yüzey gerilimi gradyanlarla şablon serbest yüzeylerde üzerine onları transfer. Benzer şekilde, Johnson <em> et al. daha sonra 4 süspanse gümüş fazla ligand nanosferler ve iki karışmayan sıvılardan yüzey gerilimi gradyanları kullanılarak şişenin duvarları nanopartiküller kadar çevrilmiştir. Montaj teknikleri daha verimli teknikleri için ihtiyaç büyük ölçekli nanoparçacık film üretiminin geliştirilmesine yardımcı olmak tabi bu konuların her adrese var iken.
Burada, Şekil 1 'de gösterilen tek bir' tek-kap 'tekniği için, yukarıda açıklanan üç öz montaj sorunları birleştiren basit ve sağlam bir tekniği göstermektedir. Bir su ile karışabilen bir organik çözücü (örneğin, tetrahidrofuran, dimeythl sülfoksit) için kullanılır İlk hızla ve verimli bir şekilde nanopartiküllerin (örneğin altın nanosferler nanoçubuklar, vb) üzerine tiol-ligandları (örneğin, tiol-alkan, tiol-ene, tiol-fenol) işlevselleştirilmesi. Karışım daha sonra makroskopik, yüksek yoğunluklu, Monola içine nanopartiküllerinin kendini montaj sürücülerhava-sıvı arayüzünde Haber ve filmler faz ayırma yöntemi. Son olarak, nanopartiküller tek tabakalı filmleri su / organik çözücü karışımı, Şekil 2 ve Şekil 3 ikinci yüzey gerilimi gradyanları kullanılarak şablon içermeyen alt-tabakalar üzerine oluşturur.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu protokol faz transferi, faz ayrılması ve yüzey gerilimi gradyanlarla makroskobik nanoparçacık-ligand tek tabaka filmler oluşturmak için tek bir 'tek-pot' öz-montaj tekniği anlatılmaktadır. Bu tekniğin avantajı, tek bir, düşük maliyetli sürecine üç öz-montaj süreçlerini birleştiren olduğunu; hızlı ve verimli olarak, nanopartiküller aktarma hava-sıvı arayüzünde tek katmanlarının içine parçacıkların montaj ve şablon içermeyen alt-tabakalar üzerine tek tabaka filmleri taş?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Donanma Araştırma Ofisi sağlanan finansman ile desteklendi. J. Fontana, bir doktora sonrası Associateship için Ulusal Araştırma Konseyi kabul eder.
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 |
References
- 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).
