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Chemistry

Synthèse de nanofils Au substrat-bondissent Via un mécanisme de croissance de Surface Active

Published: July 18, 2018 doi: 10.3791/57808
Automatic Translation
*1, *1, 2, 1, 1, 1, 1, 1,2
1Institute of Advanced Synthesis, School of Chemistry and Molecular Engineering, Jiangsu National Synergetic Innovation Center for Advanced Materials, Nanjing Tech University, 2Chemistry and Biological Chemistry, Nanyang Technological University
* These authors contributed equally

Summary

Nous rapportons une méthode axée sur la solution de synthétiser des nanofils Au substrat-bondissent. En ajustant les ligands moléculaires utilisés au cours de la synthèse, les nanofils UA peuvent être cultivés de différents supports avec différentes propriétés de surface. Au axée sur les nanofils nanostructures peut aussi être synthétisé en ajustant les paramètres de la réaction.

Abstract

Faire progresser les capacités de synthèse est important pour le développement des nanosciences et des nanotechnologies. La synthèse de nanofils a toujours été un défi, car elle exige une croissance asymétrique des cristaux symétrique. Nous rapportons ici une synthèse distinctive de nanofils Au substrat-bondissent. Cette synthèse exempt de modèle emploie des ligands THIOLÉS et adsorption de substrat pour atteindre le dépôt continu asymétrique d’UA en solution dans les conditions ambiantes. Le ligand THIOLÉS a empêché le dépôt de l’UA sur la surface exposée des graines, donc la déposition de l’UA se produit uniquement à l’interface entre les graines de l’UA et le substrat. Du côté des nanofils Au nouveau dépôts est immédiatement couvert avec le ligand THIOLÉS, tandis que le bas vers le substrat reste sans ligand et active pour la prochaine série de dépôts Au. Par ailleurs, nous démontrent que cette croissance de nanofils UA peut être induite sur divers substrats et THIOLÉS différents ligands peuvent être utilisés pour réguler la chimie de surface des nanofils. Le diamètre des nanofils peut également être contrôlé avec des ligands mixtes, dans lequel un autre ligand « mauvais » pourrait se transformer sur la croissance latérale. Grâce à la compréhension du mécanisme, Au axée sur les nanofils nanostructures peut être conçu et synthétisé.

Introduction

Typique d’un nanomatériaux dimensionnelle, nanofils possèdent les propriétés uniques provenance les effets quantiques de la structure de l’échelle nanométrique et les propriétés associées en vrac. Comme un pont entre l’échelle nanométrique et ces matières échelle, elles ont été largement appliquées dans divers domaines de la catalyse, télédétection et nanoélectroniques, etc.. 1 , 2 , 3.

Cependant, la synthèse de nanofils a longtemps été un grand défi, car elle exige généralement briser la symétrie intrinsèque dans les cristaux. Traditionnellement, un modèle est employé pour réglementer le dépôt de matériaux. Par exemple, modèle-électrodéposition a été utilisé pour la formation de divers types de nanofils comme Ag nanofils et CdS nanofils4,5,6,7,8,9 ,,10. Une autre approche commune est la croissance de vapeur-liquide-solide (VLS), qui emploie un catalyseur fondu pour induire la croissance anisotrope sur le substrat à une température élevée11. Des stratégies communes pour la synthèse de nanofils métalliques sont les méthodes de polyol de nanofils Ag et les oleylamine-assisted ultraminces Au nanofils12,13,14,15. Les deux approches sont spécifiques au matériel, et les paramètres de nanofils ne sont pas facilement accordés au cours de la synthèse. En outre, les nanofils métalliques peuvent également se former par la méthode axée sur la pression, où les nanoparticules métalliques assemblés sont mécaniquement compressées et soudées en nanofils16,17,18.

Récemment, nous avons rapporté une méthode distinctive à la synthèse de nanofils Au19. Avec l’aide d’un ligand de petite molécule THIOLÉS, les nanofils pourraient croissent et forment un tableau aligné verticalement sur la majeure partie du substrat wafer Si aux conditions ambiantes. Il a été constaté que les ligands jouent un rôle important dans la croissance de la rupture de symétrie. Il se lie à la surface des graines Au substrat-adsorbé fortement, forçant l’UA aller déposer sélectivement à l’interface de ligand déficient entre les graines et le substrat. L’interface entre l’UA nouvellement déposée et le substrat reste ligand déficient, par conséquent, la surface active existe tout au long de la croissance de l’ensemble. En ajustant la concentration de ligand, le type de graine et de concentration ainsi que plusieurs autres paramètres, une série d’UA axée sur les nanofils nanostructures pouvait être synthétisée.

Dans ce travail, nous fournirons un protocole détaillé pour cette synthèse de nanofils Au pratique. La synthèse de dérivés est également présentée, y compris la synthèse de nanofils UA avec propriété surface hydrophobe, UA nanofils sur d’autres substrats, conique Au nanofils en mélangeant deux ligands et les nanostructures Au axée sur les nanofils formés par le réglage de la croissance conditions.

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Protocol

ATTENTION : Veuillez consulter les fiches signalétiques (FS) des produits chimiques pour des instructions détaillées de manutention et d’entreposage. Soyez prudents lorsque vous maniez les nanomatériaux, tel qu’il peut y avoir risque non identifié. S’il vous plaît, réaliser les expériences sous une hotte et porter un équipement de protection individuelle approprié.

1. synthèse de nanoparticules de semences

Remarque : Pour éviter une panne causée par la nucléation prématurée au cours de la synthèse de nanoparticules, laver la verrerie et remuez barre utilisée dans la synthèse avec l’eau régale et rincer abondamment à l’eau.

  1. Synthèse de nanoparticules de 3 à 5 nm Au
    1. Préparer une solution de (HAuCl4) de tetrachloroaurate (III) d’hydrogène en dissolvant 10 mg de HAuCl4∙3H2O dans 1 mL de désionisation DI (eau) dans un flacon de 4 mL. Pipetter 0,197 mL de la solution de4 HAuCl dans un ballon à fond rond 50 mL.
    2. Ajouter 19,7 mL de l’eau distillée dans le ballon pour diluer la solution de4 HAuCl.
    3. Dissoudre 10 mg de citrate de sodium dans 1 mL de l’eau distillée dans un autre flacon de 4 mL pour préparer une solution de citrate de sodium 1 %. Ajouter 0,147 mL de la solution de citrate de sodium 1 % de la solution diluée de4 HAuCl préparée à l’étape 1.1.2.
    4. Préparer une solution de (NaBH4) le borohydrure de sodium 0,1 M en dissolvant 2,3 mg de NaBH4 dans 0,6 mL de l’eau distillée.
    5. Rapidement 0,6 mL de solution 0,1 M de4 de NaBH injecter le mélange de l’étape 1.1.3 sous agitation vigoureuse. Vous recherchez un changement de couleur immédiate de la solution du jaune pâle à orange vif.
    6. Remuer le mélange pendant encore 10 min. Attendez un changement de couleur progressif de la solution à rouge orangé.
    7. Confirmer la taille des nanoparticules Au obtenue par spectroscopie UV-Vis et la microscopie électronique (MEB).
  2. Synthèse de 15 à 40 nm Au nanoparticules
    1. Ajouter 100 mL de l’eau distillée dans un ballon à fond rond 250 mL. Peser 10 mg de HAuCl4∙3H2O solide et les dissoudre dans le ballon à fond rond.
    2. Ajouter un magnétique dans la fiole et équiper la fiole avec un condensateur. Agiter et chauffer la solution préparée en 1.2.1 à 100 ° C dans un bain d’huile. Reflux de la solution pendant 10 min.
    3. Peser 40 mg de citrate de sodium et dissoudre dans 4 mL de l’eau distillée pour préparer une solution de citrate de sodium 1 %.
    4. Pour synthétiser des nanoparticules d’UA 15 nm, ajouter 3 mL de la solution de citrate de sodium 1 % à l’étape 1.2.3 au mélange bouilli avec une seringue.
      Remarque : La couleur de la solution tourne alors progressivement à rouge et gris en 1 min.
      1. Pour faire la synthèse des nanoparticules d’UA 40 nm, injecter 1,5 mL de la solution de citrate de sodium 1 % à la solution bouillante de l’étape 1.2.2 avec une seringue. Conserver la solution bouillante jusqu'à ce qu’il passe au rouge en environ 10 min.
        Remarque : La couleur de la solution passe du transparent à gris foncé, puis au noir et finalement au violet en environ 1 min.
    5. Continuer au reflux de la solution de réaction pendant 30 min Cool vers le bas de la solution à température ambiante dans les conditions ambiantes.
    6. Caractériser la taille et l’uniformité des nanoparticules Au résultants avec la spectroscopie UV-Vis et SEM

2. synthèse de nanofils UA (longueur = ~ 500 nm) sur divers substrats et de plaquettes de silicium (Si)

  1. Préparer le substrat pour l’adsorption de la graine.
    1. Couper la plaquette TR en 5 mm ´ mm 5 pièces. Nettoyer les pièces de plaquette Si avec l’eau distillée et l’éthanol séquentiellement dans un bain à ultrasons, chacun pendant 15 min.
    2. Traiter la plaquette Si avec 29,6 plasma W d’O2 (utilisé à 220 V) pendant 20 min.
      Remarque : La surface de la plaquette devient hydrophile.
    3. Préparer une solution de 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) de 5 mM en dissolvant 11,1 mg de APTES à un mélange de l’eau distillée (5 mL) et d’éthanol (5 mL) dans un flacon de 20 mL.
    4. Tremper un morceau de galette Si dans la solution selon préparée à l’étape 2.1.3 dans un flacon de 20 mL pour 30 min.
    5. Sortir la plaquette Si et laver soigneusement avec l’éthanol et l’eau distillée.
  2. Adsorber les nanoparticules de graines sur le substrat.
    1. Tremper la galette Si Nm 3-5 solution de graines Au préparées à l’étape 1.1 pendant 2 h.
      1. Pour cultiver Au nanofils de 15 graines d’UA nm, tremper la plaquette Si dans la solution de nanoparticules d’UA nm 15 pendant 2 h.
      2. Pour cultiver Au nanofils de 40 graines d’UA nm, tremper la plaquette Si dans la solution de nanoparticules de nm 40 pendant 2 h.
    2. Sortir la plaquette Si et lavez-le avec 50 mL de l’eau distillée pour enlever des nanoparticules non absorbés Au.
  3. Cultiver les nanofils de Au substrat-bondissent.
    1. Préparer une solution d’acide (4-MBA) 1,65 mM 4-mercaptobenzoic en dissolvant 2,5 mg de 4-MBA dans 10 mL d’éthanol.
    2. Préparer un 5,10 mM HAuCl4 solution en dissolvant 20,1 mg de HAuCl4∙3H2O dans un mélange de 5 mL d’éthanol et 5 mL de l’eau distillée.
    3. Préparer une solution d’acide L-ascorbique 12. 3 mM en dissolvant 21,7 mg d’acide L-ascorbique dans 10 mL de DI de l’eau.
    4. Mélangez 0,5 mL de 5,10 mM HAuCl4 solution avec 0,5 mL de solution de 4-MBA de 1,65 mM dans un flacon de 10 mL.
    5. Faire tremper la plaquette Si adsorbés à la graine de l’étape 2.2.2 dans la solution mixte préparée à l’étape 2.3.4.
    6. Ajouter 0,5 mL de solution d’acide 12,3 mM L-ascorbique dans la solution mixte imbibé de gaufrette. Agiter le flacon doucement pour mélanger uniformément la solution.
    7. Laissez la plaquette et la solution pendant 15 min. vérifier la formation de bulles lors du processus de croissance et le changement de couleur de la surface de la plaquette Si brillant gris à brun rougeâtre.
    8. Sortir la plaquette Si et rincer avec de l’éthanol et l’eau distillée. Sécher la plaquette Si dans les conditions ambiantes et attendez que la surface de la plaquette à se tourner vers l’or.
    9. Caractériser la morphologie de l’UA de nanofils avec le SEM.
  4. Pour la croissance de nanofils UA sur une lame de verre, Al2O3, SrTiO3, LaAlO3, oxyde de bidon d’indium (ITO) et substrats de l’oxyde d’étain dopé F (FTO), suivez les mêmes procédures, y compris les processus de nettoyage.

3. synthèse de nanofils avec les différents Ligands

  1. Synthèse de nanofils Au forêts avec divers ligands THIOLÉS : 2-naphthalènethiol (2-NpSH), acide 4-mercaptophenylacetic (4-MPAA) et l’acide 3-mercaptobenzoic (3-MBA).
    1. Traiter la plaquette Si, suivant les mêmes procédures en étapes 2.1-2.2.
    2. Préparer une solution de 2-NpSH 1,65 mM en dissolvant 2,6 mg de 2-NpSH dans 10 mL d’éthanol.
      1. Préparer une solution de 4-MPAA 1,65 mM en dissolvant 2,8 mg de 4-MPAA dans 10 mL d’éthanol.
      2. Préparer une solution de 3-MBA de 1,65 mM en dissolvant 2,5 mg de 3-MBA dans 10 mL d’éthanol.
    3. Préparer la solution 5,10 mM HAuCl4 et solution acide 12,3 mM L-ascorbique, suivant la même procédure en étapes 2.3.1-2.3.3.
    4. Dans un flacon de 10 mL, mélanger 0,5 mL de la solution de4 HAuCl avec 0,5 mL de solution 2-NpSH et agiter le mélange pour obtenir une solution homogène.
      1. Dans un flacon de 10 mL, mélanger 0,5 mL de la solution de4 HAuCl avec 0,5 mL de solution de 4-MPAA et agiter le mélange pour obtenir une solution homogène.
      2. Dans un flacon de 10 mL, mélanger 0,5 mL de la solution de4 HAuCl avec 0,5 mL de solution 3-MBA et agiter le mélange pour obtenir une solution homogène.
    5. Ajouter 0,5 mL de solution d’acide L-ascorbique 12. 3 mM à la solution mixte imbibé de gaufrette. Agiter le flacon doucement pour obtenir une solution mixte uniformément.
    6. Laisser la galette et la solution reposer pendant 15 min. Observez la surface de la plaquette Si tournant lentement du brillant gris à brun rougeâtre.
    7. Sortir la plaquette Si et rincer avec de l’éthanol et l’eau distillée et sécher la plaquette Si à une température ambiante jusqu'à ce que la surface de la plaquette se transforme en or.
    8. Confirmer que les nanofils Au forest structure avec SEM
  2. Synthèse de nanofils d’UA conique avec des ligands mixtes.
    1. Synthèse de nanofils d’UA épaissie avec des ligands mixtes de l’acide 4-MBA et 3-mercaptopropanoic (3-MPA) (ch.4-MBA/c3-MPA = 3:1).
      1. Traiter la plaquette Si, suivant les mêmes procédures en étapes 2.1-2.2, sauf dilué 100 fois la graine.
      2. Préparer une solution de 4-MBA de 3 mM en dissolvant 4,6 mg de 4-MBA dans 10 mL d’éthanol.
      3. Préparer une solution 3-MPA de 3 mM en dissolvant 3,2 mg de 3-MPA dans 10 mL d’éthanol.
      4. Mix de 0,75 mL de solution de 4-MBA de 3 mM avec 0,25 mL de solution de 3 mM 3-MPA (dans un flacon de 10 mL. Remuez délicatement pour obtenir une solution homogène.
      5. Préparer la solution 5,10 mM HAuCl4 et solution acide 12,3 mM L-ascorbique, suivant la même procédure en étapes 2.3.2-2.3.3.
      6. Ajouter 0,5 mL de 5,10 mM HAuCl4 solution à la solution mélangée à l’étape 3.2.1.4 et remuez délicatement pour homogénéiser la solution.
      7. Faire tremper la plaquette Si étape 3.2.1.1 dans la mélange de la solution dans un flacon de 10 mL. Ajouter 0,5 mL de solution d’acide L-ascorbique 12. 3 mM pour la mélange de la solution.
      8. Après 10 min, sortir la plaquette Si et rincer avec de l’éthanol et l’eau distillée.
      9. Sécher la plaquette dans les conditions ambiantes et de confirmer la structure par SEM
    2. Synthétiser des nanofils UA coniques avec des ligands mixtes de 4-MBA et 3-MPA (ch.4-MBA/c3-MPA = 6:4). Suivre la même procédure à l’étape 3.2.1 avec 0,6 mL de solution de 4-MBA de 3 mM et 0,4 mL de solution de MPA-3 de 3 mM au lieu de cela.
    3. Synthétiser des nanofils UA coniques avec des ligands mixtes de 4-MBA et 3-MPA (ch.4-MBA/c3-MPA = 1:1). Suivre la même procédure à l’étape 3.2.1 avec 0,5 mL de solution de 4-MBA de 3 mM et 0,5 mL de solution de MPA-3 de 3 mM à la place.

4. synthèse de Nanostructures complexes axée sur les nanofils d’UA

  1. Synthèse de nanofils d’UA segmentaire avec segments épais-fin-épais-fin.
    1. Traiter la plaquette Si, suivant les mêmes procédures en étapes 2.1-2.2.
    2. Préparer une solution de 4-MBA de 1,65 mM en dissolvant 2,5 mg de 4-MBA dans 10 mL d’éthanol.
    3. Préparer une solution de 4-MBA 0,0830 mM en diluant la solution 4-MBA de 1,65 mM 20 fois.
    4. Préparer les HAuCl4 et la solution d’acide L-ascorbique suivant les mêmes procédures en étapes 2.3.2-2.3.3.
    5. Préparer le 1,5 mL de la solution de croissance A en mélangeant 0,5 mL de solution de 4-MBA de 1,65 mM, 0,5 mL de solution de 5,10 mM HAuCl4 et 0,5 mL de solution d’acide 12,3 mM L-ascorbique (la concentration finale : c4-MBA = 0,550 mM, ch.HAuCl4 = 1,70 mM cacide L-ascorbique = 4,10 mM).
    6. Préparez 1,5 mL de solution B de la croissance en mélangeant 0,5 mL de solution de 4-MBA de 0,0830 mM, 0,5 mL de 5,10 mM HAuCl4 solution, 0,5 mL de solution d’acide 12,3 mM L-ascorbique (la concentration finale : c4-MBA = 0,0280 mM, ch.HAuCl4 = 1,70 mM, cL-ascorbique acide = 4,10 mM).
    7. Immerger la plaquette Si dans un flacon de 10 mL contenant la solution B de croissance pendant environ 1 min.
    8. Rapidement transférer la plaquette Si sans séchage à un autre flacon de 10 mL contenant la solution de croissance A et le laisser grandir pendant 2 min.
    9. Répétez les étapes 4.1.7-4.1.8 une fois de plus.
    10. Sortir la plaquette Si et rincer avec 50 mL d’éthanol et 50 mL de l’eau distillée.
    11. Confirmer la structure des résultantes nanofils d’UA segmentés par SEM
  2. Synthèse de la superhydrophobes
    1. Traiter la plaquette Si, suivant les mêmes procédures en étapes 2.1-2.2, sauf avec un traitement au plasma 5 min O2 .
    2. Faire tremper la plaquette Si dans un flacon de 10 mL contenant un 10000 x dilué 3-5 nm solution graines Au pendant 15 min.
    3. Laver la plaquette Si de l’étape 4.2.2 abondamment à l’eau pour enlever des nanoparticules non absorbés Au DI.
    4. Préparer une solution de croissance contenant 0,550 mM 4-MBA, 1,70 mM HAuCl4et 4,10 mM L-ascorbique acide, suivant les mêmes procédures en étape 4.1.5.
    5. Faire tremper l’hostie dans un flacon de 10 mL contenant la solution de croissance pendant 30 s.
    6. Retirer la plaquette de la solution de croissance et de laisser une mince couche de la solution (~ 13-15 μL) sur la plaquette.
    7. Rapidement, séchez les plaquettes à température ambiante.
    8. Confirmer la structure nanoflower de SEM

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Representative Results

Les graines de nanoparticules Au, substrat-bondissent Au nanofils et Au nanostructures dérivés axée sur les nanofils sont caractérisés avec SEM. Figure 1 montre les images représentatives de la SEM de 3 à 5 nm Au nanoparticules, 15 nm Au nanoparticules et 40 nm Au NANOPARTICULES adsorbés sur la plaquette Si, confirmant leurs tailles, l’adsorption et la distribution. Les nanofils UA issues de graines respectifs sur le substrat de plaquette Si sont également présentées. Les images représentatives de SEM, les substrats de nanofils typique Au autre que le substrat de wafer, c'est-à-dire, substrat de verre, etc.. sont présentés à la Figure 2. Les images représentatives de SEM de l’épaississement nanofils synthétisé avec divers ligands et ligands mixtes sont présentés à la Figure 3. Les images représentatives de la SEM des nanofils segmentaire et structure de la nanoflower sont présentés dans la Figure 4.

Figure 1
Figure 1 : images de SEM des graines avant la croissance de nanofils nanoparticules Au : (a) 3-5 nm(b) 15 nm et (c) 40 nm Au nanoparticules. Au nanofils cultivé (d) 3-5 nm, nm (e) 15 et (f) 40 nm graines sur le substrat de la plaquette. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : images de la SEM de l’UA nanofils sur substrat sauf plaquette Si. Nanofils issues de : (a) Al2O3, (b), SrTiO3, (c) LaAlO3 (d) verre diapositive, les substrats FTO ITO et (f) (e). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : images de SEM de la synthèse avec les autres ligands. Tableaux de nanofils ultraminces forment avec des ligands (un) MPAA, (b) 2-naphthalènethiol, (c) 3-MBA. Conique Au nanofils formé avec des ligands mixtes de 4-MBA et 3-MPA : c (d)4-MBA : ch.3-MPA = 3:1, c (e)4-MBA : ch.3-MPA = ch. 6:4) et (f)4-MBA : ch.3-MPA = 1:1. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4 : images de SEM de nanostructures complexes de base Au NW. (un) segmentaire nanofil avec segments épais-fin-épais-fin ; (b) superhydrophobes par séchage de la solution de croissance sur le substrat. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

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Discussion

Le mécanisme de cette synthèse de nanofils de croissance active de surface régie a été examiné globalement par précédent travail19. En outre, les effets des types et tailles de graines ainsi que l’effet de ligand types et tailles ont également été étudiés20,21. En général. la croissance de nanofils est très différente de la précédentes itinéraires signalés. Aucun modèle n’est requise, et la croissance asymétrique est induite par les différences entre la surface Au ligand diablotin et la surface d’UA vers le substrat. La surface active reste active pendant tout le processus entier de la croissance, puisque la surface Au nouveau dépôt est toujours fraîche et ligand déficient. Ici nous concentreraient notre discussion sur l’opération expérimentale dans l’accomplissement de cette synthèse. La réaction a lieu à température ambiante ; Néanmoins, quelques points doivent encore être soulignée pour un meilleur contrôle pour synthétiser ces nanostructures.

La synthèse de l’UA de nanofils commence par la préparation de nanoparticules de semences. Généralement, les nanostructures UA peuvent être employées comme la graine pour la culture de nanofils. Cependant, la densité des graines sur le substrat est importante pour le processus de croissance de nanofils et après le dépôt Au. La densité de semences décide la densité du site actif, où l’UA déposeraient sur. Si les concentrations du ligand, HAuCl4 et acide L-ascorbique sont maintenues constantes, réduisent la quantité d’UA par unité de temps resterait le même. En conséquence, les nanofils Au cultivés sur chaque site actif serait beaucoup plus rapide et les nanofils obtenus sera plus longues si la densité de la graine diminue. Un autre scénario possible serait l’apparence et l’expansion des faisceaux Au nanofil, car trop d’UA des dépôts à un site actif seraient provoquer l’expansion et diviser la surface active. La densité des graines sur le substrat peut être contrôlée par deux moyens : le temps d’incubation de semences et de la concentration de la solution de semences utilisée pour l’incubation du substrat. Il est à noter que les concentrations de chaque solution de nanoparticules Au décrites ici ne sont pas les mêmes, et la différence pourrait être dans les ordres de grandeur. Par conséquent, la concentration de la solution de semences parfois serait nécessaire. Comme le montre le résultat représentatif en comparant le nm de 3-5 et 15 nm Au nanoparticules, le NanoFil Au passé de non concentré 40 nm Au nanoparticules est beaucoup plus longue et forme des faisceaux. En revanche, la densité de semences est volontairement réduite lors de la préparation les nanofils épais avec des ligands mixtes. Il s’agit d’éviter la fusion entre les nanofils, comme la croissance latérale durant la croissance de nanofils épais se produit simultanément avec l’allongement longitudinal. Adsorption de semences dense conduirait à la fusion des graines pour un film Au continu Au stade début, empêchant la croissance des nanofils.

L’adsorption de substrat de la graine est importante pour créer une asymétrie systématique sur la surface de graines Au. Nous utilisons le siloxane amine-contenus pour réaliser la fixation des graines Au. Il est généralement admis que les graines de l’UA sont absorbés par l’interaction électrostatique entre le groupement amine et la surface de nanoparticules22. Dans certains cas où les particules de graines sont chargés positivement, les acteurs et la méthode sèche pourraient aussi être employés. Les APTES est liée à la surface de puce wafer et le verre par le biais de la liaison Si-O après hydrolyse dans la solution eau/éthanol. Théoriquement, toute surface qui pourrait se condenser avec le APTES serait capable de faciliter la croissance des nanofils de l’UA. Dans ce travail, nous avons démontré cela avec plusieurs surfaces d’oxydes. Un traitement au plasma2 O faut partiellement oxyder la surface du substrat et le groupe -OH qui pourrait se condenser avec le selon l’implant. Le traitement de plasma de2 O est choisi en raison de sa procédure de fonctionnement propre et simple ; Sinon, solution de piranha pourrait également servir pour créer les groupes -OH. Un autre point essentiel pour la préparation du substrat, c’est que la concentration en surface du NH -2 peut-être avoir également un effet significatif sur l’adsorption de la graine. Bien que nous ne pourrions pas caractériser directement le résultat du traitement de surface, la procédure de fonctionnement doit être fait aussi précisément que possible.

Le lavage du substrat après chaque étape est parfois crucial, surtout après le traitement selon. La molécule selon libre pourrait aussi s’adsorber sur la surface de nanoparticules Au. Sans un lavage approfondi, la solution de semences serait agréger significativement pendant le processus de trempage. Les graines agrégées peuvent toujours s’adsorbent sur le substrat et induire la croissance de nanofils UA. Cependant, puisque l’agrégation réduirait considérablement la concentration des graines, la densité des sites actifs aussi diminue exponentiellement. En conséquence, le haut de la zone de nanofils final serait les agglomérats de nanoparticules Au, et les nanofils devient épargnés faisceaux au lieu de la forêt.

Croissance de nanofils Au typique se déroule dans une mélange de solvants de l’eau et l’éthanol (v/v = 1:1). Étant donné que le ligand 4-MBA n’est pas soluble dans l’éthanol, il faut tout d’abord dissous dans la solution d’éthanol et ensuite mélangé avec le résultat de la solution de croissance. Outre la question de la solubilité, le ratio de solvant joue également rôle important décidant la croissance de nanofils. La superficie de la surface active est décidée par le taux d’adsorption de ligand et le taux de dépôt d’UA. La capacité de réduction de l’acide L-ascorbique varie dans différents solvants et à pH différents environnements23. Changer la proportion du solvant changerait immédiatement le taux de réduction de l’UA et des dépôts. Augmentation du ratio d’eau trop peut entraîner de réduction Au rapide et possible nucléation homogène, ce qui empêche la croissance de la substrat-bondissent Au nanofils.

Tout comme le ratio de solvant, la concentration des ligands affecte aussi directement la formation de nanofils, car il non seulement Atotech la surface de l’UA, mais aussi stabilise l’UA et empêche la nucléation homogène. Une quantité excessive de ligand serait considérablement ralentir la réduction de l’UA. Par exemple, augmentation de la concentration de ligand 5 fois à 2,5 mM donnerait lieu à aucun dépôt dans le substrat21. Diminution de la concentration de ligand provoque l’augmentation dans le diamètre de nanofils et nucléation homogène parfois, celui-ci signifié par le changement de la solution de l’incolore au grisâtre ou rougeâtre. La nucléation homogène serait en concurrence avec la croissance de nanofils UA hétérogène pour la matière première Au. Selon le degré de nucléation homogène, la croissance de nanofils UA pourrait être complètement ou partiellement coupée par le manque de Au stock d’alimentation.

En conclusion, nous démontrons une nouvelle méthode pour préparer des nanofils Au substrat-bondissent sur différents substrats. Les nanofils UA forment un tableau sur la surface du substrat plat. La largeur, la longueur et la densité sont facilement réglés en changeant les paramètres de la réaction. La chimie de surface des nanofils peut être réglée par les ligands, et nanofils épaissie pourrait être formé par le mélange de deux types différents de ligands. En outre, Au dérivé de nanofils complexe Au nanostructures pourraient être formées en combinant plusieurs différentes conditions de croissance.

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Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Nous reconnaissons l’appui financier de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (21703104), Jiangsu Science et technologie Plan (SBK2017041514) Nanjing Tech University (39837131) et SICAM Fellowship de Jiangsu National synergique Centre d’innovation pour les matériaux de pointe.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Trisodium citrate dihydrate Alfa Aesar LoT: 5008F14U
Sodium borohydride Fluka LoT: STBG0330V NaBH4
Hydrogen tetrachloroaurate(III) trihydrate Alfa Aesar LoT: T19C006 HAuCl4
3-aminopropyltriethoxysilane J&K Scientific LoT: LT20Q102 APTES
L-ascorbic acid  Sigma-Aldrich LoT: SLBL9227V
4-mercaptobenzoic acid Sigma-Aldrich LoT: MKBV5048V 4-MBA
2-Naphthalenethiol Sigma-Aldrich LoT: BCBP4238V 2-NpSH
4-Mercaptophenylacetic acid Alfa Aesar LoT: 10199160 4-MPAA
3-mercaptobenzoic acid Aladdin LoT: G1213027 3-MBA
3-Mercaptopropionic acid Aladdin LoT: E1618095 3-MPA
absolute ethanol Sinopharm chemical Reagent 20170802
Silicon wafer Zhe Jiang lijing P Si
Scanning Electron Microscope Quanta FEG 250 SEM
Centrifuge  Eppendorf 5424
Ultrasonic cleaner  Kun Shan hechuang
Ultra-pure water system NanJing qianyan UP6682-10-11 for deionized water
Plasma cleaner Harrick Plasma PDC-002 for oxygen plasma

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References

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Chimie numéro 137 de nanofils métalliques or épépinées THIOLÉS ligand substrat croissance contrôle de la morphologie
Synthèse de nanofils Au substrat-bondissent Via un mécanisme de croissance de Surface Active
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Wang, X., Wu, X., He, J., Tao, X., Li, H., Zhao, G., Wang, Y., Chen, H. Synthesis of Substrate-Bound Au Nanowires Via an Active Surface Growth Mechanism. J. Vis. Exp. (137), e57808, doi:10.3791/57808 (2018).

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