通过实时小角度X射线散射解决3D合纳米粒子超级网的生长问题
Chenguang Lu1, Austin J Akey, Clayton J Dahlman
1Department of Applied Physics and Applied Mathematics, Columbia University, New York, New York 10027, United States. CL2551@columbia.edu
Journal of the American Chemical Society
|October 5, 2012
概括
研究人员研究了纳米粒子 (NP) 超级格子 (SL) 的形成,使用受控溶剂蒸发和在位小角度X射线散射 (SAXS). 他们发现NP大小会影响超网格间距,过多的NP在二进制超网格组装过程中可以形成单独的超网格.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 纳米技术纳米技术
- 物理化学 物理化学
背景情况:
- 了解纳米粒子 (NP) 自组装成超级格子 (SL) 对先进材料至关重要.
- 在3D单个NPSL (SNSL) 和二进制NPSL (BNSL) 中,增长动力学和相互作用仍然很复杂.
- 对有序NP结构的控制合成需要对组装过程进行精确的控制.
研究的目的:
- 研究溶液中3D SNSL和BNSL形成过程中的生长机制和相互作用.
- 阐明纳米粒子大小和粒子间力量在超级晶格排序中的作用.
- 了解在BNSL组装过程中NP驱逐和二次SL形成的动态.
主要方法:
- 利用受控的溶剂蒸发技术进行NP超网格合成.
- 在现场使用实时小角度X射线散射 (SAXS) 来动态监测SL形成.
- 开发了一个基于范德瓦尔斯相互作用和哈马克尔常数的模型来解释NP组装行为.
主要成果:
- 较大的氧化铁 (磁铁) NP 显示SNSL的初始间距增加,但最终间距更近,由范德瓦尔斯相互作用 (哈马克尔常数~21 zJ) 解释.
- 在BNSL成立期间,过剩的NP被驱逐出境,并可以组建自己的SNSL.
- 观察到SNSL和BNSL的远程订单比NP驱逐更快.
结论:
- 溶剂蒸发与现场SAXS相结合,提供了一种强大的方法来研究NP超级晶格动力学.
- 纳米粒子的大小和粒子间力量显著决定了超级晶格结构和组装路径.
- BNSL形成的动态涉及NP驱逐,这可能导致并发SNSL形成.
