Konstnärer har använt guld nanopartiklar i århundraden, eftersom de producerar livfulla färger när solljus träffar dem. Deras unika optiska elektronikegenskaper har satt guldnanopartiklar i centrum för forskning, solceller, sensorer, kemoterapi, drogleverans, biologiska och medicinska tillämpningar, och elektroniska ledare. Egenskaperna hos guldnanopartiklar kan justeras genom att ändra deras storlek, form, ytkemi etc., men det är svårt att kontrollera dessa aspekter.
Publicerar i Nanobokstäver , forskare ledda av Fabrizio Carbone vid EPFL har gjort en aldrig tidigare skådad studie av strukturen hos guldnanopartiklar. Arbetar med Francesco Stellaccis labb (EPFL), forskarna uppnådde detta med hjälp av en enhet som kallas "liten vinkel tidsupplöst elektrondiffraktometer", vilket gjorde det möjligt för dem att studera de strukturella arrangemangen av guldnanopartiklar i ultrasnabba hastigheter - kvadrilliondelar av en sekund.
Själva diffraktometern är intressant eftersom den använder ett billigt alternativ till en mycket dyr teknik:frielektronlasern (FEL). FEL använder elektroner för att generera röntgenstrålar som kan "studera" molekyler ner till atomnivå - i miljarddelar av en meter. Ett sådant kraftfullt verktyg kostar normalt över en miljard dollar. Men 2010 Forskare från Nederländerna utvecklade en alternativ metod skämtsamt kallad "fattigmans FEL", som tittar på material med en elektronstråle av ultrasnabba pulser, och uppnå liknande resultat.
I den här studien, forskarna utvecklade en diffraktometeranordning som använder "fattigmans FEL" och utnyttjar den höga känsligheten som elektroner har för att interagera med materia. Enheten kan studera monolager och mycket tunna prover som innehåller lätta element, t.ex. väte och kol. Och när det kommer till täta aggregat och små molekyler, den tidsupplösta elektrondiffraktometern med liten vinkel kan uppnå den extrema känsligheten hos en traditionell FEL, men till en bråkdel av kostnaden:mindre än en miljon dollar.
Letar efter guld
Genom att använda detta tillvägagångssätt, EPFL-forskarna kunde få en film där de strukturella förändringarna av guldnanopartiklar som utlösts av ljus fångades med atomupplösning i både tid och rum.
Dessa experiment visar att ligandmolekyler fästa vid guldnanopartiklar kan självmontera och ordna sig själva i preferensorientering, vilket är centralt för att skapa ordnade nanostrukturer. Ännu mer slående var upptäckten att det ljuset i sig kan framkalla sådana ordningsfenomen, tillhandahålla ett unikt verktyg för att kontrollera fysiken hos guldnanopartiklar, med stor potential för optoelektroniska applikationer som organiska solceller (OPV) etc.
Studien ger proof-of-concept-bevis för att den tidsupplösta elektrondiffraktometern med liten vinkel möjliggör systematisk undersökning av strukturella egenskaper hos nanomonterade material". Författarna förväntar sig att detta kommer att ha stor betydelse för flera tillämpningar, inklusive signalbehandling, biologi och till och med framtida läkemedelsleverans.
