Selbstbauende Silber-Nanowürfel

Silber-Nanowürfel
Silber ist aufgrund seiner überragenden Leistung eines der wichtigsten Materialien für Nanostrukturen. Silbernanostrukturen wurden mit einer Reihe verschiedener Formen synthetisiert, darunter Kugeln, Scheiben, Stäbe, Drähte, Sterne, Prismen, rechte Bipyramiden und Würfel. Von diesen sind einkristalline Nanowürfel die nützlichste Struktur, insbesondere für die Herstellung von Gold-Nanokäfigen, da Silber-Nanowürfel als Opfervorlage dienen.
Synthese
Forscher der University of Washington haben ein einfaches, robustes und vielseitiges Verfahren zur Polyol-Synthese entwickelt, um Silber-Nanowürfel als monodisperse Proben herzustellen. Hier werden Silberatome durch Reduktion der AgNO3-Vorstufe mit Ethylenglykol gebildet. Sobald die Konzentration der Silberatome das Übersättigungsniveau erreicht hat, beginnen sie zu nukleieren und wachsen in der Lösungsphase zu Silber-Nanostrukturen. Die Produktionsrate von Silber-Nanowürfeln kann durch Zugabe von Spuren von Natriumsulfid (Na2S) oder Natriumhydrogensulfid verbessert werden. Die Anwesenheit von Sulfidanionen beschleunigte die Polyolsynthese von Silbernanowürfeln aufgrund einer dramatischen Zunahme der Reduktionsrate von Silberionen erheblich.
Selbstorganisation und Synthese
Die Nanoingenieure der UC San Diego haben eine Technik entwickelt, die es Silbernanowürfeln ermöglicht, sich selbst zu größeren Strukturen zusammenzusetzen, um sie in neuen optischen, chemischen und biologischen Sensoren, optischen Schaltkreisen und Antennen und Linsen der nächsten Generation zu verwenden. Die Metallnanokristalle sind würfelförmig wie Ziegelsteine ​​und organisieren sich spontan zu größeren Strukturen mit präziser Orientierung zueinander.
Um Objekte wie Antennen und Linsen zu konstruieren, verwendeten die Forscher chemisch synthetisierte Metallnanokristalle. Die Nanokristalle können in verschiedene Formen synthetisiert werden, um diese Strukturen aufzubauen, indem winzige Würfel aus kristallinem Silber geschaffen werden, die Licht einschließen können, wenn sie in Multipartikel-Gruppierungen organisiert sind. Die Begrenzung von Licht auf ultrakleine Volumina könnte optische Sensoren ermöglichen, die extrem empfindlich sind und es Forschern ermöglichen, zu überwachen, wie sich ein einzelnes Molekül bewegt, reagiert und sich mit der Zeit verändert.
Kontrolle
Um zu kontrollieren, wie sich die Würfel organisieren, entwickelten die Forscher eine Methode, um Polymerketten auf die Silberwürfeloberflächen zu pfropfen, die die Interaktion der Würfel untereinander verändern. Wenn Objekte wie Würfel gestapelt werden, packen sie normalerweise Seite an Seite wie Tetris-Blöcke. Mithilfe von Simulationen sagten die Forscher voraus, dass das Platzieren kurzer Polymerketten auf der Würfeloberfläche dazu führen würde, dass sie sich normal stapeln, während das Platzieren langer Polymerketten dazu führen würde, dass sich die Würfel Kante an Kante stapeln.
Die Forscher demonstrierten, indem sie makroskopische Filme von erstellten Nanowürfel mit diesen beiden unterschiedlichen Ausrichtungen und zeigte, dass die Filme unterschiedliche Wellenlängen des Lichts reflektierten und durchließen.
Anwendungen
Die Ergebnisse könnten wichtige Auswirkungen auf die Entwicklung neuer optischer chemischer und biologischer Sensoren haben, bei denen Licht mit Molekülen interagiert, und in optischen Schaltkreisen, bei denen Licht zur Übermittlung von Informationen verwendet werden kann.