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游走于“软-硬”之间的金纳米线

聚合物、高分子等软材料通常由单体有机分子构成,表现出特殊的柔性、易于加工成各种形貌的性质,在科学研究、工程技术以及日常生活领域得到广泛的关注和应用。无机纳米材料作为另一种截然不同的硬材料,通常由原子按有规则的排列构成,表现出刚性以及无机材料本身所具有的不同性质,如光学、磁学、电学等,在各个领域中有着广泛的应用。


一般来说,这两种截然不同的材料属性很难集中在同一种材料中。然而,随着科学技术的发展,特别是目前新兴的纳米科学领域,如多功能柔性纳米器件及柔性透明的光电器件等,非常需要可以集合聚合物的柔性及无机纳米粒子的光电特性等于一体的材料。近日,厦门大学徐俊副教授(点击查看介绍)及翁建教授(点击查看介绍)团队提出了集无机纳米材料和聚合物性质于一体的超细金纳米线,并系统地研究了该材料在纳米尺度的组装特性


在过去已经大量报道的用于组装超细纳米线的方法中,超细纳米线通常被当作纳米颗粒(即“硬”的结构单元),在组装过程中形状不会发生变化。然而,最近的研究结果表明,考虑到超细纳米线的直径一般在2-3 nm,甚至小到1 nm,在尺度上十分接近高分子聚合物的长径比。具有特殊一维结构的超细纳米线表现出类似聚合物的特性,如典型的聚合物流变学特性等,可以视为“软”的结构单元。基于超细金纳米线的类聚合物特性,厦门大学团队采用通常应用于组装聚合物材料的传统静态呼吸图案法,组装形成均一的蜂窝状大孔纯金属薄膜,并研究了其作为透明柔性导电纳米器件的组成部件,具有潜在的应用前景(ACS Appl. Mat. & Interfaces, 2017, 9, 7826-7833)。

图1. 金纳米线通过呼吸图案法制备蜂巢状多孔膜


与聚合物不同的是,超细纳米线还体现出与长度直接相关的二元性(即类聚合物性质/胶体性质)。当纳米线足够长、形变熵足够大,纳米线呈现出类似聚合物的性质,这种柔韧性好的纳米线在组装过程中容易旋转、弯曲等。当纳米线长度减小,金属纳米线内部的胶体性质开始凸显,直到金纳米线在组装过程中可以看作是“硬”的构建单元。通过精确控制超细金纳米线的长度,金纳米线可以控制在“软-硬”单元之间,大大丰富了超细纳米线组装成不同形貌的复合纳米结构。厦门大学团队系统地调控了组装过程中的各种微作用力,超细纳米线可以控制在“软”和“硬”这两种构建单元之间,并获得了尺寸均一的金纳米环、金纳米谷粒和超晶格样金纳米球。

图2. 相转移过程中金纳米线的组装示意图


有趣的是,他们结合不同长度金纳米线的两种不同性质,用同样的组装方法,将类似颗粒的短纳米金线和具有类似聚合物性质的超长金纳米线在同一体系中进行组装,制备出具有各向异性的特殊纳米结构——纳米金戒指和金项链。这种特殊的组装形态有望用于拓展多样的各向异性复杂纳米结构及构建多功能组分与一体的杂化纳米器件。这一成果近期发表在ACS Nano 上,文章的第一作者是厦门大学的硕士研究生陈渊

图3. 金纳米戒指与金纳米项链的电镜图


该论文作者为:Yuan Chen, Yawen Wang, Jian Peng, Qingchi Xu, Jian Weng and Jun Xu

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Assembly of Ultrathin Gold Nanowires: From Polymer Analogue to Colloidal Block

ACS Nano, 2017, 11, 2756, DOI: 10.1021/acsnano.6b07777


导师介绍

徐俊

http://www.x-mol.com/university/faculty/44763

翁建

http://www.x-mol.com/university/faculty/43104


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