Şablon-ücretsiz Substratlarm üzerine makroskobik Nanoparçacık-ligand tabakalı Filmler işlevselleştirmek ve Öz-montajı A Tekniği

Bu prosedürün genel amacı makroskobik, nanoparçacık, ligand, tek tabaka filmler geliştirmektir. Bu, tek bir tek kaplı kendi kendine düzenlenme tekniği kullanılarak gerçekleştirilir. İlk olarak metalik nanoparçacıklar, su tetrahedran veya THF çözücü içerisinde ligandlarla hızla fonksiyonelleştirilir.

Ardından, ligand kaplı nanoparçacıklar hava-çözücü ara yüzeyinde faz ayrımına uğrar. Son olarak, nanoparçacıklar yüzey gerilimi gradyanları kullanılarak şablon içermeyen alt tabakalara taşınır ve burada makroskobik nanoparçacık, ligand tek tabakalı filmler şeklinde kendiliğinden düzenlenir. Nihayetinde bu prosedür, şablon içermeyen alt tabakalar üzerinde makroskobik nanoparçacık, ligand tek tabakalı filmlerin fonksiyonelleştirilmesi ve kendiliğinden düzenlenmesi için basit, dayanıklı ve ölçeklenebilir bir teknik sağlar.

Bu tekniğin diğer ara yüzey montaj yöntemlerine göre temel avantajı, nanoparçacıkların hızlı ve verimli bir şekilde fonksiyonelleştirilmesi ve makroskobik tek tabakalı filmler halinde kendi kendine düzenlenmesidir. Bu yöntem, organik-inorganik ara yüze nano ölçekte bir bakış açısı sağlayabildiği gibi, metamalzemeler, fotovoltaikler ve moleküler sensörler gibi çok çeşitli uygulamalara da uygulanabilir. Başlamak için, 15 mL seyreltik nanoküre su süspansiyonunu bir ultra santrifüj filtresine yerleştirerek ticari olarak temin edilen 15 nanometre altın nanoküreleri konsantre edin.

Ardından, üniteyi 4, 500 Gs hızında iki dakika boyunca veya filtre odasında sadece birkaç mikrolitre kalana kadar santrifüj edin. Nanoküreyi 1.5 mililitre deiyonize veya DI su ile veya nanopartikül konsantrasyonu yaklaşık 10¹³ partikül/mililitre olacak şekilde yeniden süspanse edin. Süspansiyon birkaç saat boyunca stabildir.

DI su içerisinde yeniden süspande edildikten sonra, sayı yoğunluğunu doğrulamak ve nanoparçacıkların agregasyon oluşumuna uğramadığını teyit etmek için önce süspansiyondan 150 µL'yi bir küvete pipetleyin. Ayrıca, konsantre nanoparçacık süspansiyonunu 1,35 mL DI su ile seyreltin. Ardından, küveti bir ultraviolet-görünür bölge spektrometresine yerleştirin ve hem hazırlanan süspansiyonun hem de orijinal süspansiyonun absorbans spektrumunu ölçün.

Agregasyon oluşmadığından emin olmak için pik konumunu yarı maksimumdaki tam genişlik ile karşılaştırın. Her iki örnek için absorbans piklerinin büyüklüğü yaklaşık olarak aynı olmalıdır. Böylece, konsantre örneğin, bir mililitre tetra hydro furin içeren ayrı ve temiz 20 mililitre bur silikat cam dosyada 10 kat daha yoğun olduğu doğrulanmış olur.

Ardından, THF'ye tiyol alkan ligandları ekleyin ve çalkalayın. Çözelti yeterince homojen şekilde karışmalıdır. Ligandlar, süspansiyondaki nanoparçacıkların tüm yüzey alanını en azından tamamen kaplayacak miktarda eklenmelidir.

Fazla ligand, çeker ocak içerisinde reaksiyonun hızını ve eksikliğini artırır. Altın nanoküreleri içeren şişeden bir mililitre, THF ligandlarının bulunduğu şişeye aktarın. Kapağı hızla vidalayın ve şişeyi 15 saniye boyunca kuvvetlice çalkalayın.

Kapağı çıkarın ve flakonu aşağıya bırakın. Çeker ocak içerisinde, kullanılan ligandlara bağlı olarak, altın nanopartiküllerin kullanıldığı domenler hava-sıvı ara yüzeyinde hızla oluşur. Ardından filmler, flakonun yan yüzeyi boyunca yukarı doğru tırmanmaya başlar.

Nanopartiküllerin neredeyse tamamı thal ligandları ile kaplanmış, süspansiyondan uzaklaştırılmış ve bir saat içinde viallerin kenarlarına taşınmıştır. Filmleri çıkarılabilir cam substratlara aktarmak için, cam substratları bir çizim kalemi veya tekerleği kullanarak 12,5 x 25,4 milimetrelik alanlarda kesin; cam substratları önce aseton ile, ardından izopropil alkol ile ve son olarak di su ile durulayarak temizleyin.

Substratların kurumasına izin vermeden önce, silikon gofretlerin hazırlanması için metin protokolüne bakınız. Ardından, substratı önceden hazırlanmış nanoküre ve ligand içeren şişeye yerleştiriniz. Kapağı vidalayıp kapatınız ve çalkalayınız.

Çalkalama işleminden sonra, kapağı pensle çıkarın. Substratı, flakon duvarına karşı neredeyse dikey konumlandırın. Ardından, reaksiyon karışımını substrat üzerine kaplamak için bir pipet kullanın.

Tüm organik çözücü buharlaştığında veya tüm nanoparçacıklar süspansiyondan uzaklaştırıldığında reaksiyon durur. Filmin geçirgenlik ve yansıtma özelliklerini gözlemleyerek monotabakadaki nanokürelerin paketleme verimliliğini tahmin edin. Cam altlıklar üzerindeki monotabakayı arkadan beyaz bir ışık kaynağı ile aydınlatın.

Yüksek yoğunluklu nanoparçacık tek tabaka filmleri için iletimde tek renkli bir film, yansımada ise altın benzeri bir yansıma gözlemlenmelidir. Ardından, tek tabakalardan gelen makroskobik absorbans spektrumunu nicelleştirmek için bir spektrometre kullanın. Daha önce yapıldığı gibi, absorbans spektrumunu temiz bir cam slayt ile normalize edin.

Ardından, tek tabakalı filmi spektrometrenin ışın yolu üzerindeki bir cam altlığa yerleştirin ve absorpsiyon spektrumunu toplayın. Absorpsiyon piki, kullanılan liganda bağlı olarak birkaç yüz nanometre boyunca belirgin bir şekilde kırmızıya kaymış olmalıdır. Eğer absorpsiyon piki çok genişse veya belirgin değilse, tek tabakalı filmler muhtemelen düşük kalitelidir.

Bu tekniği, nanopartikülleri thal ligandları ile fonksiyonelleştirmek için etkili bir yöntem olarak kullanın. Vial'in dibinde kalan kısmı dekante edin. Reaksiyon tamamlandıktan sonra, vial içindeki materyali nitrojen altında kurutun.

Neredeyse %100 partikül faz transferi ve geri kazanımı ile nanopartikülleri yeniden süspande etmek için bir organik çözücü ekleyin; nanopartiküllerin organik çözücü içinde yeniden süspande olduktan sonra, daha önce olduğu gibi agregasyon oluşturmadığından emin olun; eğer absorbans piki orijinal süspansiyona kıyasla genişse, nanopartiküllerin yeniden dağılmasına yardımcı olmak için örneği 15 dakika boyunca sonikasyona tabi tutun. Cam alt tabaka üzerindeki tiyalkan ile kaplanmış 15 nanometre altın nanoküre tek tabakalı film, nanokürelerin yüksek hacim fraksiyonunu işaret eden kısmi ışık yansıtma ve plazma rezonanslarının korunduğunu gösteren ışık geçirgenliği ile gözlemlenir. Burada gösterilen düzgünlük ve optik berraklık, silikon gofret alt tabaka üzerindeki tiyalkan ile kaplanmış 15 nanometre altın nanoküre tek tabakalı filmin yalancı renkli taramalı elektron mikroskopi görüntüleridir. Filmin kenarı, filmlerin tek tabakalı olduğunu ve nanokürelerin mikroskobik uzunluk ölçeklerinde amorf bölgeler halinde paketlendiğini göstermektedir.

Nanoskopik uzunluk ölçeklerinde. Görüntünün Fourier dönüşümü ile gösterildiği üzere, filmler hekzagonal sıkı paketlenmiş bölgeler içermektedir. Burada, cam altlık üzerindeki tiyol alkanlanmış yaklaşık 15 nanometre altın nanokürelerden oluşan bir monotabaka filmin normalize edilmiş deneysel absorbansı gösterilmiştir.

Su içindeki 15 nanometre altın nanoküre süspansiyonu ve kloroforma faz transferi. Bu teknik, düzgün şekilde uygulandığında bir saatten kısa sürede tamamlanabilir. Bu videoyu izledikten sonra, metalik nanoparçacıkların nasıl verimli bir şekilde fonksiyonelleştirileceği ve mikroskobik monolit filmler halinde nasıl kendi kendine monte edileceği konusunda iyi bir anlayış kazanmış olmalısınız.