在非极性液体中的非极固液界面上形成纳米粒子超晶格的电子显微镜

在固液界面上形成的液界纳米颗粒超晶格薄膜对于中尺度材料很重要，但在固液界面上开始形成时就很难进行分析。面上在有关科学进展的纳米新报告中，E。粒超Cepeda-Perez和德国材料，晶格镜物理与化学研究团队使用液相电子显微镜研究了固液界面纳米颗粒组装的非极早期阶段。他们观察到油胺稳定金纳米颗粒自发地在液体外壳的性液形成显微氮化硅膜窗口上形成薄层。在第一个单层中，体中组件保持独立于非极性溶剂类型的固的电六角对称密堆积。根据液体的液界介电常数，第二层显示的面上几何形状从六方蜂窝结构中的密集堆积到准晶体颗粒排列不等。相互作用较弱的复杂结构得以保留，而表面仍沉浸在液体中。通过微调参与纳米粒子超晶格形成的材料的性能，Cepeda-Perez等人。控制超晶格的三维(3-D)几何形状，包括准晶体(物质的新状态)。

紧密堆积成二维或三维的纳米颗粒可以形成纳米颗粒超晶格的规则阵列。例如，半导体粒子超晶格在被粒子掺杂以形成新的中尺度材料时可以充当“元”半导体，而致密超晶格中的等离激元粒子可以耦合形成具有依赖于角度和可调波长响应的集合模。在表面增强拉曼光谱学中，此类粒子之间可能会产生大电场。可以在液-液，气-液和固-液界面形成超晶格，其中颗粒-基质之间的静态和动态相互作用，颗粒-颗粒和颗粒-液体相互作用可以决定超晶格的结构。但是，仍然很难预先预测这种结构。例如，尚不可能在多个阶段模拟超晶格的组装，只有极少的实验室真实空间数据可用于建模。因此，收集有关超晶格形成基本机理的实验见解具有挑战性。

在这项工作中，Cepeda-Perez等人。使用液相电子显微镜(LP-EM)对悬浮在不同非极性溶剂中的金纳米颗粒(AuNP)的直接成像超晶格进行成像。表面上方的第一层中的AuNP与基材以及彼此之间发生了强烈的相互作用。随着上层结构的逐层组装，表面相互作用减弱，并且图案遇到纳米颗粒之间的弱力，这种力是由周围液体的特性介导的。该团队通过检查在不同溶剂条件下的单层和双层模式，研究了从颗粒表面相互作用到较弱的颗粒间相互作用的转变。为了研究超晶格的起源，他们检查了组装在硅藻土上的一种类型的油胺涂层的AuNP。氮化硅(SiN)涂层膜。为了了解AuNP与底物之间的相互作用，科学家改变了溶剂，并使用扫描透射电子显微镜(STEM)来以最低的电子通量获得最高的空间分辨率。

该小组直接在加载样品之前使SiN(氮化硅)膜经受氧化等离子体的作用，以诱导表面极性。然后，他们使用液相电子显微镜观察了位于固液界面的金纳米颗粒(AuNPs)。他们测试了四种具有不同介电常数的非极性液体，以改变相互作用的范围。颗粒与基材的相互作用将纳米颗粒从液体吸引到SiN表面，形成薄膜。强相互作用和弱相互作用导致致密堆积，而堆积仅受溶剂选择的影响很小。线性链溶剂的总密度最高。

当在十六烷溶剂中对AuNP层成像时，研究小组观察到更亮和更暗的斑点，表明在单层顶部(从图像信号中分离出三个离散的水平)上存在AuNP。即使在经过一段时间记录了样本区域的图像后，观察到的图案仍保持稳定。相比之下，环己烷非极性有机溶剂可形成致密的六边形顶层，研究小组注意到该结构具有六边形基础和菱形六边形(每个顶点具有一个三角形，两个平行四边形和一个六边形)。样品还显示出准晶体性质的斑点。与第一层颗粒相比，研究小组观察到第二层中的颗粒键合较弱，他们将颗粒堆积密度降低归因于颗粒与底物相互作用的电位下降。

这样，E。Cepeda-Perez及其同事发现，具有高介电常数的溶剂会降低堆积密度，并允许形成准晶体结构。结果与关于底物诱导的自组装和颗粒-底物吸引的研究假设相一致。LP-EM数据解释了金纳米粒子自组装超晶格形成的机理在固液界面。结果导致准晶体粒子排列，这取决于装置中液体介电常数的强度。根据结果​​，可以通过操纵所涉及的液体，纳米粒子和界面材料的特性来微调包括复杂的准晶体结构的超晶格的3-D几何形状。

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