Обычная мягкая аскорбиновая кислота – не такой уж секретный соус, который помог лаборатории химика Евгения Зубарева рисовой лаборатории вырастить чистые партии нанопроволок из коротких наностержней без недостатков предыдущих методов.
«Само по себе нет ничего нового в использовании витамина С для создания наноструктур золота, потому что есть много предыдущих примеров», – сказал Зубарев. "Но медленное и контролируемое восстановление, достигаемое с помощью витамина С, на удивление подходит для этого типа химии при производстве сверхдлинных нанопроволок."
Подробности работы опубликованы в журнале Американского химического общества ACS Nano.
Наностержни из лаборатории риса имеют толщину около 25 нанометров в начале процесса – и остаются такими, пока их длина растет, превращаясь в длинные нанопроволоки.
Объекты длиной более 1000 нанометров считаются нанопроводами, и это важно. Соотношение сторон проводов – длина к ширине – определяет, как они поглощают и излучают свет и как проводят электроны. В сочетании с присущими золоту металлическими свойствами, это может повысить их ценность для зондирования, диагностики, визуализации и терапевтических применений.
Зубареву и ведущему писателю Бишну Ханалу, выпускнику факультета химии риса, удалось заставить свои частицы выйти далеко за рамки перехода от наностержня к нанопроволоке, теоретически до неограниченной длины.
Исследователи также показали, что процесс полностью управляем и обратим. Это позволяет изготавливать нанопроволоки любой желаемой длины и, следовательно, желаемой конфигурации для электронных приложений или приложений, управляющих светом, особенно тех, которые связаны с плазмонами, колебаниями электронов на поверхности металла, инициируемыми светом.
Плазмонный отклик нанопроволок можно настроить для излучения света от видимого до инфракрасного и теоретически далеко за его пределы, в зависимости от их соотношения сторон.
Процесс идет медленно, поэтому на выращивание нанопроволоки микронной длины уходит несколько часов. «В этой статье мы сообщали только о структурах длиной от 4 до 5 микрон», – сказал Зубарев. "Но мы работаем над тем, чтобы сделать нанопроволоки гораздо более длинными."
Процесс роста, похоже, работал только с пентаэдрически двойниковыми золотыми наностержнями, которые содержат пять связанных кристаллов.
Эти пятигранные стержни – «Подумайте о карандаше, но с пятью сторонами вместо шести», – сказал Зубарев, – устойчивы на плоских поверхностях, но не на концах.
«Наконечники также имеют пять граней, но у них другое расположение атомов», – сказал он. "Энергия этих атомов немного ниже, и когда новые атомы осаждаются там, они больше никуда не мигрируют."
Это удерживает растущие провода от обхвата. Каждый добавленный атом увеличивает длину провода и, следовательно, соотношение сторон.
Реактивным наконечникам наностержней помогает поверхностно-активное вещество CTAB, которое покрывает плоские поверхности наностержней. «Поверхностно-активное вещество образует очень плотный, плотный бислой по бокам, но не может эффективно покрывать кончики», – сказал Зубарев.
Это оставляет наконечники открытыми для реакции окисления или восстановления. Аскорбиновая кислота обеспечивает электроны, которые соединяются с ионами золота и оседают на концах в виде атомов золота.
И в отличие от углеродных нанотрубок в растворе, которые легко агрегируются, нанопроволоки держатся на расстоянии друг от друга.
«Самая ценная особенность заключается в том, что это действительно одномерное удлинение наностержней до нанопроволок», – сказал Зубарев. «Это не меняет диаметра, поэтому в принципе мы можем взять маленькие стержни с соотношением сторон, может быть, два или три, и удлинить их до 100-кратной длины."
Он сказал, что этот процесс должен применяться к другим металлическим наностержням, включая серебро.
Национальный научный фонд и Фонд Уэлча поддержали исследование.