В различных вариантах синтеза наночастиц металлов методами конденсации процесс начинается с формирования наночастиц из отдельных атомов металла, а его можно рассматривать как сомосборку или самоорганизацию атомов с образованием ансамблей.
Самоорганизацию определяют как набор пересекающихся многокомпонентных процессов самоассоциации. Этот сложный самопроизвольный процесс, ведущий к возникновению порядка в пространстве и/или во времени, в принципе может приводить к возникновению различных размерных эффектов. Он включает структурный и динамический порядок равновесных и неравновесных структур.
Применительно к наночастицам металлов принято рассматривать ансамбли как самих частиц, так и стабилизирующих защитных слоёв. Особое внимание уделяется влиянию на процессы самоорганизации химической природы стабилизирующих соединений.
Многие разделы нанотехнологии используют материалы, основанные на наночастицах. Эти применения реализуют способность наночастиц связываться в ансамбли контролируемого размера, формы с особыми межчастичными взаимодействиями, обеспечивающими возможность использования уникальных наноразмерных свойств.
Проблемам получения наночастиц различного размера и формы, а также особенностям их организации и самоорганизации уделяется много внимания.
Различные применения наночатиц металлов и полупроводников в значительной степени определяются химическими свойствами их поверхности. Для частиц размером до 2 нм более половины атомов локализованы на поверхности и влияют на поведение нанокристалла.
Нескомпенсированные поверхностные атомы могут действовать как своеобразные ловушки, например, для фотогенерации носителей зарядов и в случае полупроводников могут уменьшить эффективность эмиссии.
Изменение природы лигандов, взаимодействующих с наночастицей, позволяет управлять её получением, стабилизацией и химической активностью. Поверхностные лиганды предохраняют индивидуальные наночастицы от агрегации. В то же время они могут обеспечить дисперсию нанокластеров в различных растворителях, что особенно важно для биологических меток в водных растворах. Поверхностные лиганды, содержащие функциональные группы, могут способствовать взаимодействию с наночастицей других молекул или макромолекул и созданию новых гибридных материалов.
Найдено, что во многих случаях тиолы с одной или двумя тиольными группами или комбинации из нескольких лигандов определяют размерные и функциональные особенности наночастиц. В то же время в случае наночастиц SdSe тиолы, покрывающие частицу, легко фотоокисляются, давая дисульфиды, которые осаждаются в виде кристаллов.
Процессы организации и самоорганизации наночастиц наиболее широко исследуют на примере частиц серебра и золота. Монодисперсные нанокристаллы были стабилизированы хемосорбцией додекантиола на рецепторных участках поверхности кристалла. Кинетика агрегации и структура образующихся ансамблей зависят от числа позиций рецепторов на поверхности нанокристалла.
Самоорганизация частиц золота размером 4,6 нм приводит к образованию агрегатов частиц диаметром около 30 нм.
Исходные частицы получали из HAuCl4 восстановлением NaBH4 в присутствии HSCH2COONa. Удаление из раствора избытка ионов металла с помощью диализа вызывало образование более крупных агрегатов. До проведения диалеза в электронном спектре не обнаруживали характерного для частиц золота пика плазмона.
Сцепление между полимером и частицами золота, связанными с тимином как протектором, достигалось за счёт образования водородных связей. Установлено, что процесс самоассоциации в агрегаты, их размер и морфология контролировались температурой. Предполагалось, что образование несферических агрегатов при 10˚С является промежуточной стадией в процессе формирования более крупных ансамблей при -20 ˚С , так что эти агрегаты могут быть использованы в качестве предшественников наноразмерных ассоциатов других форм и размеров.
Самоассоциацию стержневидных частиц золота диаметром 12 нм и длиной 50-60 нм изучали методом электронной микроскопии высокого разрешения.
В процессе самоассоциации наночастиц возникает не только трансляционное, но и ориентационное упорядочение. Ориентационный порядок характерен для частиц с хорошо определённой формой.
В связи с проблемой создания новых электронных наноприборов внимание исследователей привлекает задача синтеза наночастиц, защищённых монослоями протекторов. Разработаны методы получения подобных слоёв на частицах золота с использованием растворов гексантиолов и гександитиолов в органических и водных средах.
Формирование из атомов металлов наночастиц и процессы последующей их самоорганизации в функциональную систему имеют определяющее значение в получении химических нанореакторов. В реальных условиях организация наносистем контролируется конкуренцией процессов агрегации и фрагментации, которые в жидкой фазе дополнительно осложнены наличием стабилизирующих лигандов.
Изучение кинетики и термодинамики формирования и последующей самоорганизации наночастиц- одна из актуальных проблем нанохимии.
При копировании текста будьте любезны указывать источник:
[ По материалам сайта NeoTechProduct.ru ]