En teknikk for å functionalize og selv montere Makroskopiske Nanoparticle-ligand monolagfilmene på Mal-free substrater
Summary
En enkel, robust og skalerbar teknikk for å functionalize og selv montere makroskopiske nanopartikkel-ligand monolagfilmene på mal fritt underlag er beskrevet i denne protokollen.
Abstract
Denne protokollen beskriver en selvbygging teknikk for å lage makroskopisk monolagsfilmer som består av ligand-belagte nanopartikler 1, 2. Den enkle, robuste og skalerbare teknikken effektivt functionalizes metalliske nanopartikler med tiol-ligander i en blandbart vann / organisk løsemiddel blanding slik at for rask pode av tiolgrupper på gull nanopartikkel overflaten. De hydrofobe ligander på nanopartiklene deretter raskt fase skille nanopartikler fra den vandige baserte suspensjonen og begrense dem til luft-væskegrensesnittet. Dette driver den ligand-avkortet nanopartikler for å danne monolags domener ved luftfluidgrensesnitt. Bruken av vann-blandbare organiske løsningsmidler som er viktig fordi den gjør at transporten av nanopartikler fra grensesnittet på mal-fritt underlag. Strømningen er mediert av en overflatespenning gradient 3, 4 og skaper makroskopisk, høy tetthet, monolag nanopartikkel ligand filmer. Denne selvbygging teknikken kan generaliseres til å omfatte bruk av partikler av ulik sammensetning, størrelse og form og kan føre til en effektiv montering metode for å produsere rimelige, makroskopiske, høy tetthet, monolayer nanopartikkel filmer for utbredt applikasjoner .
Introduction
Den selvbygging av makroskopiske nanopartikkel filmer har tiltrukket seg stor oppmerksomhet for deres unike egenskaper bestemmes av geometrien og sammensetningen av elementene 5 og kan føre til en lang rekke av optiske, elektroniske og kjemiske anvendelser 6-14. Å selv montere slike filmer metalliske nanopartikler avkortet med ligander må pakkes inn i høy tetthet, monolayers. Men flere monterings saker må tas opp for å fremme utviklingen av slike materialer.
Først surfaktant stabilisert metalliske nanopartikler er vanligvis syntetisert av våt-kjemi metoder i fortynnede suspensjoner 15. For å forhindre aggregering og å styre interpartikulær avstanden av nanopartikler i filmene, nanopartiklene må være avkortet med ligand skjell. Etter at nanopartikler har vært functionalized med ligander nanopartiklene typisk forbli i relativt fortynnede suspensjoner. En teknikk er da neerD cEDED å selv montere nanopartikler i makroskopiske, høy tetthet, monolagfilmene 16, 17.
Cheng et al. 18. fase overføres gull nanorods ved hjelp av tiolert polystyren i en vann-tetrahydrofuran suspensjon. De nanorods der deretter re-suspendert i kloroform og en dråpe ble plassert i en luft-vann-grenseflaten og inndampes langsomt og danner monolagsfilmer. Bigioni et al. 17. opprettet makroskopisk monolagene med Dodecanethiol avkortet gull nanospheres ved hjelp av overskytende ligand og rask oppløsningsmidlet fordampning, men nanokuler nødvendig for å være i fase overføres før selv-sammensetting.
Når monolagfilmene dannes de vanligvis må bli transportert på et substrat. Mayya et al. Tre lukkede nanospheres på en vann-toluen-grensesnittet, og overført dem på mal-fritt underlag ved hjelp av overflatespennings gradienter. Tilsvarende, Johnson <em> et al. fire suspendert sølvnanokuler i overkant ligand og deretter oversettes nanopartiklene opp veggene i ampullen ved hjelp av overflatespennings gradienter fra to ikke-blandbare væsker. Mens montering teknikker eksisterer for å håndtere hver av disse problemene behovet for mer effektive teknikker for å hjelpe til med utviklingen av storskala nanopartikkel filmproduksjon.
Her vi vise en enkel og robust teknikk som kombinerer de tre selv-montering problemene som er beskrevet ovenfor i til en enkelt "one-pot" teknikk, er vist i figur 1. Et vannblandbart organisk løsningsmiddel (f.eks tetrahydrofuran, dimeythl sulfoksyd), blir brukt til å først raskt og effektivt functionalize tiol-ligander (f.eks tiol-alkan, tiol-ene, tiol-fenol) på nanopartikler (f.eks gull Nanospheres, nanorods, osv.). Blandingen deretter driver selv-montering av nanopartikler i makroskopiske, høy tetthet, Monolayer filmer på luft-væske-grensesnittet ved hjelp av faseseparasjon. Endelig monolagsfilmer av nanopartikler dannes på mal-fritt underlag ved hjelp av overflatespennings gradienter fra vann / organisk løsningsmiddelblanding, figur 2 og figur 3..
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne protokollen beskriver en enkelt "one-pot" selvbygging teknikk for å skape makroskopiske nanopartikkel-ligand monolagfilmene bruker fasetransport, faseseparasjon og overflatespenning gradienter. Fordelen med denne teknikken er at den kombinerer tre selv montering prosesser i en enkelt, billig prosess; ved raskt og effektivt fase overføring av nanopartikler, sammenstillingen av partiklene i monolagene på luft-væskegrensesnittet og transportere monolagfilmene bort på mal-fritt underlag.
<p class="j…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet med finansiering fra Office of Naval Research. J. Fontana erkjenner National Research Council for en postdoktor 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 |
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).
