En teknik för att funktionalisera och själv montera Makroskopiska nanopartiklar-ligand enskiktsfilmer på Mall fria substrat
Summary
En enkel, robust och skalbar teknik för att funktionalisera och själv montera makroskopiska nanopartiklar-ligand enskiktsfilmer på mallfria substrat beskrivs i detta protokoll.
Abstract
Detta protokoll beskriver en självmontering teknik för att skapa makroskopiskt monoskiktsfilmer sammansatta av ligand-belagda nanopartiklar 1, 2. Den enkla, robusta och skalbar teknik functionalizes effektivt metalliska nanopartiklar med tiol-ligander i ett blandbart vatten / organisk lösningsmedelsblandning som möjliggör snabb ympning av tiolgrupper på guldnanopartikelytan. De hydrofoba ligander på nanopartiklarna sedan snabbt fasen separera nanopartiklarna från den vattenbaserade suspensionen och begränsa dem till den luft-vätskegränssnittet. Detta driver ligand-begränsade nanopartiklar för att bilda monolager domäner på luft-vätska gränssnitt. Användningen av vattenblandbara organiska lösningsmedel är viktigt eftersom det möjliggör transport av nanopartiklarna från gränssnittet på mallfria substrat. Flödet förmedlas av en ytspänning gradient 3, 4 och skapar makroskopisk, hög densitet, monoskikt nanopartikel-ligand filmer. Denna självorganisering tekniken kan generaliseras till att omfatta användning av partiklar av olika sammansättning, storlek, och form och kan leda till en effektiv monteringsmetod för att producera billiga, makroskopiska, hög densitet, monolager nanopartiklar filmer för utbredda applikationer .
Introduction
Den självorganisering av makroskopiska nanopartiklar filmer har rönt stor uppmärksamhet för sina unika egenskaper bestäms av geometrin och sammansättning av elementen 5 och kan leda till ett brett spektrum av optiska, elektroniska och kemiska tillämpningar 6-14. För att själv montera sådana filmer metalliska nanopartiklar täckta med ligander måste packas i hög densitet, monolager. Men flera monterings frågor måste åtgärdas för att främja utvecklingen av sådana material.
Först stabiliserad tensid metalliska nanopartiklar är oftast syntetiseras genom våt-kemi metoder i utspädda suspensioner 15. För att förhindra aggregering och för att styra kornavstånd av nanopartiklar i filmerna, nanopartiklarna måste vara utjämnade med ligand-skal. När nanopartiklarna har funktionaliserats med ligander nanopartiklarna förblir vanligen i relativt utspädda suspensioner. En teknik är då neEDED att själv montera nanopartiklar i makroskopiska, hög densitet, enskiktsfilmer 16, 17.
Cheng et al. 18 fas överförs guld nanostavar med användning av tiolerade polystyren i ett vatten-tetrahydrofuransuspension. De nanostavar där sedan åter suspenderade i kloroform och en droppe placerades på en luft-vatten-gränssnitt och förångas långsamt, bildar enskiktsfilmer. Bigioni et al. 17 skapade makroskopiska monolager av dodekantiol utjämnade guldnanosfärer som använder överskotts ligand och snabb avdunstning av lösningsmedel, men de nanospheres behövde vara fas överförs före själv montering.
När enskiktsfilmer bildas de behöver typiskt transporteras på ett substrat. Mayya et al. 3 begränsade nanosfärer vid en vatten toluen gränssnitt och överfört dem till mallfria substrat med hjälp av ytspänning gradienter. Likaså Johnson <em> et al. 4 svävande silvernanosfärer som överstiger ligand och sedan översatt nanopartiklar upp väggarna i flaskan med hjälp av ytspänning gradienter från två icke blandbara vätskor. Även monterings tekniker finns för att ta itu med alla dessa frågor krävs att det behövs mer effektiva tekniker för att hjälpa till i utvecklingen av storskalig nanopartiklar filmproduktion.
Här visar vi en enkel och robust teknik som kombinerar de tre självmontering problem som beskrivs ovan i en enda "one-pot"-teknik, som visas i figur 1. Ett vattenblandbart organiskt lösningsmedel (t.ex. tetrahydrofuran, dimeythl sulfoxid), används för att först snabbt och effektivt funktionalisera tiol-ligander (t ex tiol-alkan-, tiol-en, tiol-fenol) på nanopartiklar (t.ex. guldnanosfärer, nanostavar, etc.). Blandningen driver sedan självorganisering av nanopartiklar i makroskopiska, hög densitet, Monolayer filmer på luft-vätska gränssnitt med hjälp av fasseparation. Slutligen enskiktsfilmer av nanopartiklar bildas på mallfria substrat med användning av ytspänning gradienter från vatten / organisk lösningsmedelsblandning, figur 2 och figur 3.
Protocol
Representative Results
Discussion
Detta protokoll beskriver en "one-pot" självorganisering teknik för att skapa makroskopiska nanopartiklar-ligand enskiktsfilmer använder fas överlåtelse, fasseparation och ytspänning gradienter. Fördelen med denna teknik är att den kombinerar tre självmonteringsprocesser till en enda, billig process; genom att snabbt och effektivt fasa överföra nanopartiklar, montering partiklarna i monolager på luft-vätska gränssnitt och transportera enskiktsfilmer på mallfria substrat.
<p class="jove_conte…Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes med medel som tillhandahålls av Office of Naval Research. J. Fontana erkänner National Research Council för en postdoktoral 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 |
Referências
- 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).
