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光学拉伸金纳米颗粒

“你是否想象过金球会像橡皮泥一样被拉伸?”

“可能吧,那可需专业的铸造工具和上千度的高温!”

“不不不,这个金球的大小只有几十个纳米,比头发丝还要细几万倍呢!”

“啊?那可怎么拉伸呀?”

“最近研究人员发明了用光来拉伸的办法!”


光作为能量的载体能产生一系列复杂的物理化学效应,如光热效应、光化学效应、光力学效应等。利用这些效应,光也常被用来制备或调控纳米颗粒的形貌和光电性质。这些制备原理多基于激光的光热效应,轰击块体或者使纳米颗粒发生熔融,在水相中得到比表面积较小的球形颗粒。而要得到非球形颗粒在能量上则是不利的,必须给其施加额外的作用力。


武汉大学物理科学与技术学院的研究人员在利用激光辐照金纳米颗粒导致其熔融的同时,利用光学力的协同作用,使球形的金纳米颗粒发生拉伸变成纳米棒最终断裂得到二联体(图1)。其成功的关键在于基底对纳米颗粒的粘滞作用,以及合适的温度(辐照功率)让金纳米颗粒发生软化,光学力才能够克服粘滞阻力对金颗粒产生拉伸作用。通过对温度以及光学力的模拟,他们发现梯度力以及光压力的水平分量对于金颗粒的拉伸起到主要作用。这一发现为纳米颗粒形貌的光学调控提供了一种新手段。

图1. 光热辅助光学力拉伸金纳米颗粒形成纳米棒以及二联体结构


不仅如此,在高功率下,金属熔融液滴的表面张力作用占主导地位,这些被拉伸的金纳米棒或二联体可以重新转变为球形的金颗粒(图2),这种可擦写的形貌变化,为基于颗粒的信息存器件提供新思路。

图2. 可重复擦写的颗粒形貌以及等离激元共振峰变化


这一成果近期发表在ACS Nano上,由武汉大学的光子材料与技术课题组(PMT)发表。该论文的第一作者是武汉大学物理学院博士研究生王霜霜


该论文作者为:Shuangshuang Wang, Tao Ding

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):

Photothermal-Assisted Optical Stretching of Gold Nanoparticles

ACS Nano, 2019, 13, 32-37. DOI: 10.1021/acsnano.8b06087


光子材料与技术课题组简介


光子材料与技术(PMT)课题组由武汉大学物理科学与技术学院丁涛博士于2017年组建。丁涛,武汉大学物理学院教授,2011年在中国科学院化学研究所获得博士学位,随后分别于2012-2013年和2014-2017年在新加坡南洋理工大学和剑桥大学卡文迪许实验室从事博士后研究,并在2017年就职于武汉大学物理科学与技术学院。课题组目前主要研究光与物质相互作用规律及其应用,一方面他们利用学科交叉的手段研究光子晶体、等离激元等微纳光学材料,实现光子的微观操控,发展并完善用“光”来调光的思想;另一方面他们更侧重如何利用光学技术来控制材料的生长、组装、微观形貌及其相关的光电性能,发展光学手段对物质及其性能的调控。


课题组详细情况请参见:http://202.114.78.174/pmt/


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