Nanocząsteczki tworzą superkryształy pod ciśnieniem

Anonim

Samoskładanie i krystalizacja nanocząstek (NP) jest ogólnie złożonym procesem, opartym na odparowywaniu lub wytrącaniu bloków tworzących NP. Uzyskanie wysokiej jakości superkryształów jest powolne, zależne od tworzenia i utrzymywania homogennych warunków krystalizacji. Ostatnie badania wykorzystywały stosowane ciśnienie jako homogeniczną metodę indukowania różnych transformacji strukturalnych i przejść fazowych w zamówionych wcześniej złożeniach nanocząstek. Obecnie, w pracy opublikowanej niedawno w czasopiśmie Journal of Physical Chemistry Letters, zespół niemieckich naukowców badających roztwory nanocząsteczek złota pokrytych ligandami na bazie poli (glikolu etylenowego) - (PEG-) odkrył, że superkryształy można indukować, tworząc szybko w obrębie całe zawieszenie.

W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci istniało duże zainteresowanie tworzeniem superkryształów nanocząstek (NP), które mogą wykazywać przestrajalne i zbiorowe właściwości, które różnią się od właściwości ich części składowych i które mają potencjalne zastosowania w takich dziedzinach, jak optyka, elektronika. i platformy czujników. Podczas gdy tworzenie wysokiej jakości superkryształów jest zwykle powolnym i złożonym procesem, ostatnie badania wykazały, że zastosowanie ciśnienia może wywołać tworzenie nanocząstek złota w celu utworzenia superkryształów. Opierając się na tym i ustalonym wpływie soli na rozpuszczalność nanocząsteczek złota (AuNP) pokrytych ligandami na bazie PEG, dr Martin Schroer i jego zespół przeprowadzili serię eksperymentów badających wpływ zmiennego ciśnienia na nanocząsteczki złota w roztworach wodnych. Dokonali nieoczekiwanej obserwacji - gdy do roztworu dodano sól, nanocząstki krystalizowały pod pewnym ciśnieniem. Schemat fazowy jest bardzo czuły, a krystalizację można regulować zmieniając rodzaj dodawanej soli i jej stężenie.

Zespół wykorzystał niewielkie rozpraszanie promieni X (SAXS) w wiązce I22 do zbadania krystalizacji in situ różnymi solami chlorków (NaCl, KCl, RbCl, CsCl). Jak wyjaśnia dr Schroer,

I22 jest jedną z niewielu linii promujących środowisko wysokiego ciśnienia i jest to niezwykłe, ponieważ konfiguracja eksperymentalna jest łatwa do zarządzania przez samych użytkowników. Pracownicy linii są znakomici i jesteśmy szczególnie wdzięczni za ich fachową wiedzę w zakresie przetwarzania danych, która była nieoceniona. "

Uzyskany wykres faz zatężania ciśnienia i soli pokazuje, że krystalizacja jest wynikiem połączonego działania soli i ciśnienia na powłoki PEG. Tworzenie się kryształów występuje tylko przy wysokich stężeniach soli i jest odwracalne. Zwiększenie stężenia soli prowadzi do ciągłego spadku ciśnienia krystalizacji, podczas gdy struktura sieci krystalicznej i stopień krystaliczności są niezależne od rodzaju i stężenia soli.

Po osiągnięciu ciśnienia krystalizacji tworzą się superkryształy w całej zawiesinie; sprężanie cieczy prowadzi dalej do zmian stałej sieci, ale bez dalszej krystalizacji lub przejść strukturalnych. Technika ta powinna mieć zastosowanie do różnych nanomateriałów, a przyszłe badania mogą ujawnić wgląd w tworzenie nadkryształu, które pomoże zrozumieć procesy krystalizacji i umożliwić opracowanie nowych i szybszych metod syntezy superkrystaliów NP.

Krystalizacja NP wydaje się być natychmiastowa, ale w tym zestawie eksperymentów wystąpiło opóźnienie około 30 sekund pomiędzy nałożeniem ciśnienia i wykonaniem pomiarów SAXS. Dr Schroer i jego zespół powracają do Diamonda jeszcze w tym roku, aby przeprowadzić badania czasowe, aby dokładniej zbadać to zjawisko.

menu
menu