合肥研究院李越課題組：大面積自組裝二維周期性金納米顆粒陣列研究獲進展

【成果簡介】

近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所微納技術與器件研究室研究員李越課題組在二維六方緊密排列（hcp）周期性金納米顆粒陣列的大面積自組裝方面取得新進展。相關成果以題為“Capillary Gradient-Induced Self-Assembly of Periodic Au Spherical Nanoparticle Arrays on an Ultralarge Scale via a Bisolvent System at Air/Water Interface”發表在Advanced Materials Interfaces上。

【圖文導讀】

圖1 示意圖

雙溶劑體系的氣/液界面自組裝方法的流程示意圖

圖2 性能表征

（a）由雙溶劑體系的氣/液界面自組裝方法獲得的金納米顆粒有序陣列單層膜照片，插圖為金納米顆粒有序陣列轉至硅片（右下方）、石英片和柔性PDMS基底上的照片。

(b)大面積有序陣列單層膜向基底上轉移的流程圖。

(c, d)自組裝金納米顆粒有序陣列薄膜的SEM正面和斜面圖及相應放大圖（插圖）。

【研究內容】

二維大面積金納米顆粒有序陣列在諸多領域如SERS檢測、能源催化和生物傳感器等方面有著廣闊的應用前景，已成為廣大科研工作者的關注焦點。而實現二維大面積有序金納米陣列的組裝，目前常用的方法主要包括LB技術和油/水界面自組裝法。其中LB技術是通過調節界面表面張力的大小來實現納米顆粒在溶液表面進行有序組裝，從而獲得大面積、且易轉移的有序陣列。然而，該方法需采用特殊傳感裝置，成本仍較高，且只適用于表面疏水或者具有雙親性的納米顆粒。而油/水界面自組裝法是利用油/水界面處的自由能最低，納米顆粒可自發地在界面處組裝形成有序陣列，但該方法易污染環境和影響操作者的健康，且要求納米顆粒具有親水性。因此，發展一種普適的（適用于任何親水和疏水納米顆粒）自組裝方法來獲得大面積有序陣列顯得尤為重要。

近年來，氣/液界面組裝法由于其操作簡單方便、無需特殊裝置等特點，逐漸引起人們的重視，并已逐漸替代LB技術和油/水界面自組裝法，成為有效地組裝二維大面積納米顆粒陣列的方法。該方法通過調控變量參數，如Zeta電位、pH值、顆粒懸浮液和水的兼容性等，利用表面張力驅動（界面自由能最低）的熱力學平衡原理，可望實現納米顆粒有序陣列的大面積自組裝。

基于此，李越課題組在前期采用化學法獲得高產率、單分散、尺寸可控金納米球的基礎上，發展了雙溶劑體系的氣/液界面自組裝方法，提出了表面張力梯度誘導的自組裝機理。以Au球形納米顆粒為構筑單元，利用雙溶劑體系形成的表面張力梯度，成功實現了大面積（平方厘米級）六方緊密排列（hcp）二維Au周期納米結構超材料的自組裝。

上述研究得到了國家自然科學基金、中科院科技創新“交叉與合作團隊”等項目的資助。

原文鏈接：http://www.cas.cn/syky/201707/t20170719_4609087.shtml

文獻鏈接：Capillary Gradient-Induced Self-Assembly of Periodic Au Spherical Nanoparticle Arrays on an Ultralarge Scale via a Bisolvent System at Air/Water Interface?(Adv. Mater. Interfaces., 2017, DOI: 10.1002/admi.201600976)

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