纳米蹦床研究

一种一步制法被用于制出类似于蹦床性质的各种纳米颗粒膜。

这种膜的厚度比人类头发丝细小一万倍。其制作方法是将少量纳米粒子溶液倒入表面覆盖有孔阵列的溶剂。 该溶剂随后放置蒸发,每个孔洞上留下了一层独立、有序且密集的单层纳米颗粒。由于每个纳米粒子都包含一个金属核心和一个配体壳,最后合成的组织单层膜实际上可以当作混合膜。在最近的一项研究中,Heinrich M. Jaeger及其在芝加哥大学(University of Chicago)和阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的同事们演示了这种装配技术如何能用于不同的核心和配体。基于纳米颗粒的独立薄膜并非全新概念(例如,Xia和Wang所制作的金纳米粒子薄膜),但是能够轻易制作包含不同种类纳米粒子的混合膜则意味着各种应用也许指日可待。 通过正确选择核心和配体组合,可以量身定制薄膜以满足不同的需要。

使用手头的数种薄膜,研究人员研究了纳米颗粒的类型对薄膜性质的影响。为测试这些薄膜的强度和弹性,他们使用原子力显微镜,将一根细小的硅探针压在薄膜表面上。当探针被收回后,薄膜就像蹦床那样弹回原位。

在核心与配体的一个组合中,“纳米蹦床”的平均直径约为8.5微米;通过调整蒸发条件,他们能够获得直径70微米的同种结构的独立薄膜。尽管其尺寸差异巨大,但这两种薄膜的强度却很相似。他们的进一步研究显示,该膜的刚度主要取决于纳米颗粒的配体壳相互之间以及与金属核心之间的相互作用度。相吸作用导致颗粒更紧致,因而产生更加坚硬的薄膜(即弹性十足的蹦床!)。

未来纳米颗粒薄膜的设计肯定会受益于这项研究。尽管这项杂技运动仅存在于微观尺度,共振器开发人员可使用这些薄膜来反弹声波。将来,我们也许同样可以在各种纳米器件中发现这些纳米颗粒膜的应用,例如光子器件、传感器和过滤器等。

J. He et al., Small; DOI: 10.1002/smll.201000114.