Nous rapportons des protocoles pour « polymériser » divers types de nanoparticules métalliques encapsulées dans des polymères en longues chaînes d'"homo- » et de « co-polymères ».
Article de méthode
Nous rapportons des protocoles pour « polymériser » divers types de nanoparticules métalliques encapsulées dans des polymères en longues chaînes d'"homo- » et de « co-polymères ».
Nous présentons une méthode sans matrice pour « polymériser » les nanoparticules en longues chaînes sans branches latérales. Une variété de nanoparticules sont encapsulées dans des coquilles de poly(acide acrylique) (PSPAA), puis utilisées comme monomères pour leur auto-assemblage. Les micelles sphériques de PSPAA lors d’un traitement à l’acide sont connues pour s’assembler en micelles cylindriques. Exploitant cette tendance, les nanoparticules noyau-coquille sont amenées à s’agréger, à fusionner, puis à se transformer en longues chaînes. Lorsque plus d’un type de nanoparticules est utilisé, des « copolymères » aléatoires et en bloc de nanoparticules peuvent être obtenus. Des procédures détaillées sont rapportées pour l’encapsulation PSPAA des nanoparticules, l’homopolymérisation et la copolymérisation des nanoparticules cœur-coquille, la séparation et la purification des chaînes de nanoparticules résultantes. Les transformations de chaînes à une ligne en chaînes à deux et trois lignes sont également présentées. La synergie entre la coquille du polymère et les nanoparticules intégrées conduit à un mode inhabituel de polymérisation par croissance en chaîne, donnant de longues chaînes de nanoparticules distinctes des produits du processus traditionnel d’agrégation par étapes.
Malgré les grandes avancées dans la synthèse des nanoparticules au cours des deux dernières décennies, leur assemblage ordonné reste un grand défi. Nos capacités synthétiques à assembler les éléments de base sont d’une importance cruciale pour l’exploration et l’exploitation de leurs effets synergiques et de leurs propriétés collectives. Ainsi, le développement de nouvelles voies de réaction et l’exploration des mécanismes sous-jacents sont les pierres angulaires vers la synthèse rationnelle de nanodispositifs complexes.
Parmi la riche variété structurelle d’assemblages de nanoparticules possibles, les chaînes unidimensionnelles (1D) ont montré des applications utiles en nanoélectronique, en optoélectronique et en biocapteurs. 1-4 En règle générale, l’auto-assemblage de nanoparticules en structures en forme de chaîne nécessite des interactions dipolaires magnétiques ou électriques, une répulsion électrostatique anisotrope ou des matrices externes. 5-11 Pour l’assemblage induit par les dipôles, il faut des nanoparticules avec des dipôles permanents, telles que des nanoparticules magnétiques et des nanoparticules semi-conductrices dans des environnements spéciaux. 12-15 Pour les nanoparticules sans dipôle permanent, il a été démontré que la répulsion électrostatique relativement plus faible aux extrémités des chaînes de nanoparticules peut favoriser la fixation sélective des nanoparticules sur celles-ci et donc la croissance de la chaîne 1D. 16,17 Parce que les nanoparticules peuvent s’agréger entre elles et avec les oligomères, l’agrégation suit souvent le mode de croissance par étapes intrinsèque, conduisant à une courte longueur de chaîne et à un manque de contrôle sur la ramification. Enfin, les nanoparticules peuvent être adsorbées sur des modèles 1D pour former des chaînes, mais il est généralement très difficile d’obtenir un ancrage sûr et d’éviter les espaces entre les nanoparticules.
Avec ces méthodes existantes, l’hétéro-assemblage ou la « co-polymérisation » des nanoparticules est particulièrement difficile. Quelques travaux pionniers ont mis en évidence la « copolymérisation » de courtes chaînes de nanoparticules exploitant le dipôlemagnétique 18 ou la répulsion électrostatique. 19
Récemment, nous avons rapporté l’homopolymérisation et la copolymérisation de nanoparticules enrobées de PSPAA en chaînes. Cette nouvelle voie de synthèse implique une synthèse colloïdale facile et l’utilisation générique de différents types de nanoparticules. Il permet des chaînes ultra-longues sans ramification et permet un contrôle facile de leur longueur et de leur largeur (chaînes à une, deux et trois lignes). Plus important encore, des polymères aléatoires et des copolymères de nanoparticules peuvent être synthétisés avec un meilleur contrôle structurel. Dans ce travail, nous fournissons des protocoles vidéo pour les synthèses associées, dans le but de donner une démonstration et une présentation détaillées.
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Attention: S'il vous plaît consulter toutes les fiches de données de sécurité des matériaux pertinents (FS). Certains produits chimiques utilisés dans ces synthèses sont corrosifs, toxiques et peut-être cancérogène. Les nanomatériaux peuvent avoir des risques non reconnus par rapport à leurs homologues en vrac. S'il vous plaît utiliser les pratiques de sécurité appropriées lors de l'exécution réaction, y compris l'utilisation de la hotte et de l'équipement de protection individuelle (lunettes de sécurité, gants, blouse, pantalon de longueur, des chaussures fermées, etc.).
1. Synthèse de nanoparticules métalliques
Remarque: Toute la verrerie utilisée dans les synthèses sont lavés avec de l'eau régale (ATTENTION: très acide et corrosif, à manipuler avec prudence et en disposer suivant les règlements), soigneusement rincé, puis séché dans un four à 60 ° C. l'impureté métallique ou de résidus peuvent conduire à la nucléation prématurée et l'échec de la synthèse des nanoparticules.
2. Synthèse de PSPAA encapsulé nanoparticules métalliques (les monomères)
Note: Dans la suite, des quantités précises sont utilisées pour obtenir un rapport précis de la finale DMF / eau du mélange solvant. Étant donné que le volume de résidu après extraction et centrifugation du surnageant est toujours différente, mesurer approximativement le volume de résidus à la pipette, puis compenser ce volume lors de l'ajout de DMF / eau pour rendre les solutions finales. De petites variations du rapport solvant ne sont généralement pas un problème.
3. Homo-polymérisation des PSPAA encapsulés nanoparticules métalliques
4. Co-polymérisation des nanoparticules métalliques encapsulés PSPAA
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Les monomères et les chaînes de nanoparticules sont caractérisées par MET. La figure 1 montre des images de TEM représentatives des monomères PSPAA encapsulé, ce qui confirme les morphologies et tailles (Figure 1). Comme certains monomères restent typiquement dans l'échantillon après la «polymérisation», l'échantillon est généralement purifié et concentré avant d'être utilisé pour la caractérisation TEM. Une tache a été introduit lors de la préparation des échantillons TEM e...
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Les détails mécanistiques des synthèses sont présentés et discutés dans les publications précédentes. 20,21 Ici nous nous concentrons sur les justifications des conditions de synthèse. Pour la polymérisation de nanoparticules, on préfère que les nanoparticules de taille uniforme sont utilisées. Nous suivons des procédures de la littérature pour obtenir les uniformes Au nanoparticules, 23 Au nanorods, 24 et nanofils Te 25 en général., Une meilleure uniformité de la taille peut ...
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Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Les auteurs remercient la NRF (CRP-4-2008-06), A*Star (SERC 112-120-2011) et le MOE (RG14/13) Singapore pour leur soutien financier.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Chlorure d’or(III) trihydraté, réactif ACS, &ge ; 49,0 % Au | Sigma-Aldrich | G4022 | HAuCl4 |
| Citrate de sodium dihydraté, 99 % | Alfa Aesar | A12274 | |
| Borohydrure de sodium, &ge ; 99 % | Sigma-Aldrich | 71321, | |
| , &ge ; 98 % | Sigma-Aldrich | H5882 | CTAB |
| Nitrate d’argent, 99,9999 % base de métaux traces | Sigma-Aldrich | 204390 | |
| Acide L-ascorbique, BioXtra, &ge ; 99,0 %, dioxyde | Sigma-Aldrich | A5960 | |
| , &ge ; 99 % ; | Sigma-Aldrich | 243450 | |
| Hydrazine monohydratée, 64-65 %, qualité réactif, 98 % | Sigma-Aldrich | 207942 | |
| Poly(styrène-b-acrylique) (PS154-PAA49) | Polymer Source | P4673A-SAA | PS16000-PAA3500 |
| Poly(styrène-b-acrylique) (PS144-PAA 28) | Polymère Source | P4002-SAA | PS15000-PAA1600 |
| 2-Naphtalènethiol, &ge ; 99.0 % (GC) | Sigma-Aldrich | 88910, Fluka | |
| Dodécylsulfate de sodium, 99 % | Alfa Aesar | A11183 | |
| , 99 % ultra-purs | NanoIntegris | PC10344a | |
| Hydroxyde de sodium | Sinopharm | S1900136 | |
| 1,2-dipalmitoyl-sn-glycéro-3-phosphothioéthanol (sel de sodium) | Lipides polaires Avanti | 870160P | PSH |
| em>N,N-diméthylformamide | Merck | SA4s640012 | |
| Éthanol, absolu | Fischer | E/0650DF/17 | |
| Acide chlorhydrique, 37 % | Miel bien | 10189005 | Diluer à 1 ; M avant utilisation |
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