Nanopartikel bilden Superkristalle unter Druck

Anonim

Die Selbstorganisation und Kristallisation von Nanopartikeln (NPs) ist in der Regel ein komplexer Prozess, der auf der Verdampfung oder Ausfällung von NP-Bausteinen beruht. Die Gewinnung von hochwertigen Superkristallen ist langsam, abhängig von der Bildung und Aufrechterhaltung von homogenen Kristallisationsbedingungen. Neuere Studien haben den angewandten Druck als homogene Methode genutzt, um verschiedene strukturelle Umwandlungen und Phasenübergänge in vorgeordneten Nanopartikelbaugruppen zu induzieren. Jetzt, in einer kürzlich im Journal of Physical Chemistry Letters veröffentlichten Arbeit, hat ein Team von deutschen Forschern, die Lösungen von mit Poly (ethylenglycol) - (PEG-) basierten Liganden beschichteten Goldnanopartikeln untersuchten, entdeckt, dass Superkristalle innerhalb der Zelle schnell gebildet werden können ganze Suspension.

In den letzten Jahrzehnten bestand ein großes Interesse an der Bildung von Nanopartikel (NP) -Superkristallen, die abstimmbare und kollektive Eigenschaften aufweisen können, die sich von denen ihrer Bestandteile unterscheiden und die in Bereichen wie Optik und Elektronik Anwendung finden können und Sensorplattformen. Während die Bildung von hochwertigen Superkristallen normalerweise ein langsamer und komplexer Prozess ist, haben neuere Forschungen gezeigt, dass die Anwendung von Druck Goldnanopartikel dazu veranlassen kann, Superkristalle zu bilden. Darauf aufbauend und mit der etablierten Wirkung von Salzen auf die Löslichkeit von Goldnanopartikeln (AuNP), die mit PEG-basierten Liganden beschichtet sind, führten Dr. Martin Schroer und sein Team eine Reihe von Experimenten durch, um die Wirkung von variierendem Druck auf Goldnanopartikel in wässrigen Lösungen zu untersuchen. Sie haben eine unerwartete Beobachtung gemacht - wenn ein Salz zu der Lösung hinzugefügt wird, kristallisieren die Nanopartikel bei einem bestimmten Druck. Das Phasendiagramm ist sehr empfindlich, und die Kristallisation kann durch Variation der Art des zugesetzten Salzes und seiner Konzentration eingestellt werden.

Das Team verwendete die Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) an der Strahllinie I22, um die Kristallisation in situ mit verschiedenen Chloridsalzen (NaCl, KCl, RbCl, CsCl) zu untersuchen. Wie Dr. Schroer erklärt,

I22 ist eine der wenigen Beamlines, die eine Hochdruckumgebung bieten, und es ist ungewöhnlich, da das experimentelle Setup leicht von den Benutzern selbst verwaltet werden kann. Die Beamline-Mitarbeiter sind exzellent und wir sind besonders dankbar für ihre Expertise in der Datenverarbeitung, die von unschätzbarem Wert war. "

Das resultierende Druck-Salzkonzentrations-Phasendiagramm zeigt, dass die Kristallisation ein Ergebnis des kombinierten Effekts von Salz und Druck auf die PEG-Beschichtungen ist. Superkristallbildung tritt nur bei hohen Salzkonzentrationen auf und ist reversibel. Eine Erhöhung der Salzkonzentration führt zu einer kontinuierlichen Abnahme des Kristallisationsdrucks, während die Gitterstruktur und der Kristallinitätsgrad unabhängig von der Art und Konzentration des Salzes sind.

Bei Erreichen des Kristallisationsdrucks bilden sich Superkristalle innerhalb der gesamten Suspension; das Komprimieren der Flüssigkeit führt weiterhin zu Änderungen der Gitterkonstante, jedoch nicht zu weiteren Kristallisations- oder Strukturübergängen. Diese Technik sollte auf eine Vielzahl von Nanomaterialien anwendbar sein, und zukünftige Studien könnten Einblicke in die Superkristallbildung ermöglichen, die dazu beitragen, Kristallisationsprozesse zu verstehen und die Entwicklung neuer und schnellerer Methoden zur Synthese von NP-Superkristallen zu ermöglichen.

Die NP-Kristallisation scheint augenblicklich zu sein, aber in dieser Reihe von Experimenten gab es eine Verzögerung von ungefähr 30 Sekunden zwischen der Anwendung des Drucks und der Durchführung der SAXS-Messungen. Dr. Schroer und sein Team werden noch in diesem Jahr zu Diamond zurückkehren, um zeitaufgelöste Studien durchzuführen, um dieses Phänomen weiter zu untersuchen.

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