Техника функционализировать и самоорганизуются макроскопических наночастиц-лиганд однослойных пленок на Шаблон без подложек

Общая цель данной процедуры заключается в создании макроскопических монослойных пленок из наночастиц с лигандами. Это достигается с помощью одностадийного метода самосборки «в одном сосуде». Сначала металлические наночастицы подвергаются быстрой функционализации лигандами в водном растворе тетрагидрана или в растворителе ТГФ.

Затем лиганды, удерживающие наночастицы, разделяют фазы на границе раздела «воздух — растворитель». Наконец, наночастицы переносятся на безшаблонные подложки за счет градиентов поверхностного натяжения, самоорганизуясь в макроскопические монослойные пленки из наночастиц и лигандов. В конечном итоге данная процедура представляет собой простой, надежный и масштабируемый метод функционализации и самосборки макроскопических монослойных пленок из наночастиц и лигандов на безшаблонных подложках.

Основным преимуществом данного метода по сравнению с другими способами межфазной сборки является быстрая и эффективная функционализация наночастиц и их самосборка в макроскопические монослойные пленки. Хотя этот метод позволяет изучить органо-неорганический интерфейс на наноразмерном уровне, он также может быть применен в широком спектре областей, таких как метаматериалы, фотовольтаика и молекулярные сенсоры. Для начала сконцентрируйте коммерчески доступные золотые наносферы размером 15 nanometer, поместив 15 milliliters разбавленной водной суспензии наносфер в ультрацентрифужный фильтр.

Затем центрифугируйте образец при 4,500 Gs в течение двух минут или до тех пор, пока в камере фильтра не останется всего несколько микролитров. Ресуспендируйте наносферы в 1,5 миллилитрах деионизированной (DI) воды или таким образом, чтобы концентрация наночастиц составляла примерно 10¹³ частиц на миллилитр. Данная суспензия стабильна в течение нескольких часов.

После ресуспендирования в деионизированной воде, чтобы проверить числовую плотность и подтвердить отсутствие агрегации наночастиц, отберите 150 µL суспензии в кювету. Также разбавьте концентрированную суспензию наночастиц 1,35 мл деионизированной воды. Затем поместите кювету в УФ-видимый спектрометр и измерьте спектр поглощения подготовленной суспензии, а также исходной суспензии.

Сравните положение пика и ширину на полувысоте, чтобы убедиться в отсутствии агрегации. Величина пиков абсорбции для обоих образцов должна быть примерно одинаковой. Таким образом подтверждается, что концентрированный образец в отдельной чистой стеклянной виале из боросиликатного стекла объемом 20 мл плотнее в 10 раз в 1 мл тетрагидрофурана.

Затем добавьте в ТГФ алкантиольные лиганды и встряхните. Раствор должен быть перемешан до достижения однородности. Лиганды следует добавлять в количестве, достаточном для покрытия всей поверхности суспендированных наночастиц.

Избыток лиганда увеличивает скорость и полноту протекания реакции в вытяжном шкафу. Перенесите 1 мл из флакона с золотыми наносферами во флакон с лигандами в THF. Быстро закройте флакон крышкой и интенсивно встряхивайте его в течение 15 секунд.

Снимите крышку и поставьте флакон. В вытяжном шкафу, в зависимости от используемых лигандов, домены золотых наночастиц быстро формируются на границе раздела фаз «воздух-жидкость». Затем пленки начинают подниматься по стенке флакона.

Почти все наночастицы были покрыты лигандами, удалены из суспензии и перемещены к стенкам флаконов в течение одного часа. Для переноса пленок на съемные стеклянные подложки разрежьте подложки на фрагменты размером 12,5 на 25,4 мм с помощью стеклосореза или ролика для стекла; очистите подложки, промыв их ацетоном, затем изопропиловым спиртом и, наконец, деионизированной водой.

Перед тем как дать подложкам высохнуть, ознакомьтесь с текстовым протоколом по подготовке кремниевых пластин. Затем поместите подложку в предварительно подготовленный флакон с наносферами и лигандами. Закрутите крышку и встряхните.

После встряхивания снимите крышку с помощью пинцета. Расположите субстрат почти вертикально у стенки флакона. Затем с помощью пипетки нанесите реакционную смесь на субстрат.

Реакция прекращается, когда весь органический растворитель испаряется или все наночастицы удаляются из суспензии. Оцените эффективность упаковки наносфер в монослое, наблюдая за пропусканием и отражательными свойствами пленки. Осветите монослой на стеклянных подложках с тыльной стороны источником белого света.

При высокой плотности наночастиц в монослойных пленках в режиме пропускания должна наблюдаться однородная цветная пленка, а в режиме отражения — отражение, характерное для золота. Затем с помощью спектрометра количественно определите макроскопический спектр поглощения монослоев. Как и прежде, нормируйте спектр поглощения по чистому предметному стеклу.

Затем закрепите монослойную пленку на стеклянной подложке на пути луча спектрометра и снимите спектр поглощения. Пик поглощения должен быть значительно смещен в красную область на несколько сотен нанометров в зависимости от используемого лиганда. Если пик поглощения очень широкий или плохо выражен, то монослойные пленки, вероятно, имеют низкое качество.

Для использования данного метода в качестве эффективного способа функционализации наночастиц thal-лигандами слейте остатки жидкости с дна флакона. По завершении реакции высушите материал во флаконе в токе азота.

Добавьте органический растворитель, чтобы ресуспендировать наночастицы с почти 100% переходом фаз и выходом частиц; убедитесь, что наночастицы не агрегировали при ресуспендировании в органическом растворителе. Как и прежде, если пик поглощения расширился относительно исходной суспензии, обработайте образец ультразвуком в течение 15 минут, чтобы способствовать повторному диспергированию наночастиц. Монослойная пленка золотых наносфер размером 15 нанометров, стабилизированная алкантиолами, на стеклянной подложке частично отражает свет, что указывает на высокую объемную долю наносфер, и пропускает свет, демонстрируя сохранение плазмонных резонансов. Равномерность и оптическая прозрачность показаны здесь на изображениях сканирующей электронной микроскопии в ложных цветах для монослойной пленки золотых наносфер размером 15 нанометров, стабилизированной алкантиолами, на подложке из кремниевой пластины. Край пленки демонстрирует, что пленки являются монослойными и что наносферы упаковываются в аморфные домены на микроскопическом уровне.

На наноскопическом уровне. Пленки содержат гексагонально плотно упакованные домены, что подтверждается преобразованием Фурье представленного изображения. Здесь показана нормированная экспериментальная абсорбция монослойной пленки, состоящей из тиолированных золотых наносфер размером около 15 nm на стеклянной подложке.

Суспензия золотых наносфер размером 15 nanometer в воде с последующим фазовым переносом в хлороформ. После освоения эта методика может быть выполнена менее чем за час при правильном подходе. После просмотра этого видео у вас должно появиться четкое представление о том, как эффективно функционализировать металлические наночастицы и организовать их самосборку в микроскопические монолитные пленки.