Undersøgelse forbedrer forståelsen af ​​metode til at skabe multi-metal nanopartikler

(PhysOrg.com) - En ny undersøgelse fra forskere ved North Carolina State University kaster lys over, hvordan en teknik, der almindeligvis bruges til fremstilling af enkeltmetal-nanopartikler, kan udvides til at skabe nanopartikler, der består af to metaller - og som har afstembare egenskaber. Undersøgelsen giver også indsigt i de optiske egenskaber af nogle af disse nanopartikler.

Tuning af nanopartiklers optiske egenskaber er af interesse for applikationer som sikkerhedsteknologi, og til brug for at gøre kemiske reaktioner mere effektive - som har flere industrielle og miljømæssige anvendelser.

Forskerne skabte kerne/skal nanopartikler med en guldkerne og sølvskal, samt legerede nanopartikler, som blander guld og sølv. Forskerne karakteriserede også disse nanopartiklers optiske egenskaber. "Sølv og guld har unikke optiske egenskaber som følge af deres specifikke interaktioner med lysets elektriske felt, " siger Dr. Joe Tracy, en assisterende professor i materialevidenskab og teknik ved NC State og medforfatter til et papir, der beskriver undersøgelsen. "Ved at manipulere forholdet mellem metallerne, og om nanopartiklerne har kerne/skal eller legeringsstrukturer, vi kan ændre deres optiske egenskaber med kontrol."

Forskerne syntetiserede nanopartiklerne ved hjælp af en teknik kaldet "fordøjelsesmodning." Teknikken er blevet brugt til at skabe enkeltmetalpartikler i cirka et årti, men der har været begrænsede undersøgelser af kerne-/skal- og legeringsnanopartikler skabt ved hjælp af fordøjelsesmodning. Imidlertid, denne undersøgelses omfattende karakter kan gøre det mere almindeligt.

"Dette studie, sammen med beslægtet arbejde af andre, viser, at fordøjelsesmodning er en levedygtig metode til at skabe multi-komponent metal nanopartikler. Vi brugte guld og sølv, men de samme principper vil sandsynligvis gælde for andre metaller, " siger Tracy. "Vores detaljerede evaluering af denne syntetiske tilgang bør hjælpe andre forskere med at udforske andre former for binære metalnanopartikler."

Fordøjelsesmodning er afhængig af brugen af ​​ligander, som er små organiske molekyler med dele, der binder direkte til metaller. Liganderne er normalt forankret til nanopartiklernes metalkerner og forhindrer nanopartiklerne i at klumpe sig sammen, som tillader dem at blive suspenderet i opløsning. Fordøjelsesmodning sker, når liganderne er i stand til at transportere metalatomer fra kernen af ​​en nanopartikel til en anden - hvilket resulterer i en mere homogen størrelsesfordeling blandt nanopartiklerne.

Forskerne brugte fordøjelsesmodning til at skabe en opløsning af guldnanopartikler af lignende størrelse. Da de introducerede sølvacetat i opløsningen, liganderne transporterede sølvatomer til overfladerne af guldnanopartiklerne, resulterer i nanopartikler med guldkerner og sølvskaller.

Forskere overførte derefter nanopartiklerne til en anden opløsning, indeholdende en anden ligand. Opvarmning af denne anden opløsning til 250 grader Celsius fik metallerne til at diffundere ind i hinanden - hvilket skabte nanopartikler lavet af en guld-sølv-legering.

Forskerne skabte også nanopartikler af guld-sølvlegering ved at springe trinnet til oprettelse af skal over, at indføre sølvacetat i den anden opløsning, og hæve temperaturen til 250 grader Celsius. Denne "genvej"-metode har den fordel, at den forenkler kontrollen over guld-til-sølv-forholdet i legeringen.