تخليق وتجميع الجسيمات النانوية
تخليق وتجميع الجسيمات النانوية هو كيمياء تصنيع جسيمات معدنية وغير عضوية ذات حجم وشكل متحكم فيهما في المحلول وتنظيمها في هياكل فائقة منظمة.
Definition
تخليق الجسيمات النانوية هو التكوين المتحكم فيه لجسيمات بحجم النانومتر ذات حجم وشكل وتركيب محدد، عادةً في المحلول؛ والتجميع هو تنظيم هذه الجسيمات في مصفوفات منظمة ثنائية أو ثلاثية الأبعاد يمكن أن يختلف سلوكها الجماعي عن سلوك الجسيمات المعزولة.
Scope
يغطي هذا الموضوع التحضير من الأسفل إلى الأعلى، في الطور السائل، للجسيمات النانوية: التنوي والنمو في الأنظمة الغروانية، ودور الروابط الواقية والمواد الخافضة للتوتر السطحي في التحكم في الحجم والشكل، وطرق الاختزال والتحلل لإنتاج الجسيمات المعدنية والأكسيدية، وفصل التنوي عن النمو الذي ينتج منتجات أحادية التشتت. كما يغطي كيفية توجيه الجسيمات النانوية للتجمع — عن طريق التجفيف، أو تفاعلات الروابط، أو القولبة — لتشكيل شبكات فائقة وأغشية وظيفية.
Core questions
- كيف يتحكم التنوي والنمو في توزيع حجم الجسيمات النانوية؟
- ما هو الدور الذي تلعبه الروابط والمواد الخافضة للتوتر السطحي في التحكم في الشكل؟
- كيف يتم الحصول على جسيمات نانوية أحادية التشتت؟
- كيف يمكن تجميع الجسيمات النانوية في هياكل فائقة منظمة؟
Key concepts
- التنوي والنمو
- الروابط الواقية والمواد الخافضة للتوتر السطحي
- أحادية التشتت
- التحكم في الشكل اللامتجانس
- الشبكات الفائقة للجسيمات النانوية
- التجميع الموجه بالقالب
Key theories
- فصل التنوي والنمو
- تنتج الجسيمات النانوية أحادية التشتت عندما يتبع انفجار التنوي نمو محدود الانتشار، بحيث تنمو جميع الجسيمات لنفس الفترة الزمنية؛ التحكم في هذا الفصل هو أساس التخليقات الغروانية التي تنتج توزيعات حجم ضيقة.
- التحكم في الشكل الموجه بالروابط والتجميع الذاتي
- تمتص جزيئات المواد الخافضة للتوتر السطحي والواقية بشكل انتقائي على أوجه بلورية مختلفة لتوجيه النمو اللامتجانس، وتتوسط القوى بين الجسيمات التي تسمح للجسيمات أحادية التشتت بالتنظيم الذاتي في شبكات فائقة منظمة عند التبخر.
Mechanisms
يؤدي اختزال أو تحلل مادة بادئة إلى بناء المونومر حتى تؤدي التشبع الفائق إلى انفجار من النوى؛ تنمو هذه النوى بإضافة المونومر وعن طريق نضج أوستوالد، بينما تغطي الروابط الممتزة الأسطح، وتحدد الحجم النهائي، وتوجه النمو الانتقائي للوجوه والتجميع المنظم اللاحق.
Clinical relevance
يوفر التخليق المتحكم فيه للجسيمات النانوية محفزات ذات أوجه مصممة خصيصًا، وجسيمات ذهب وفضة بلازمونية للاستشعار والتصوير، وجسيمات مغناطيسية لتخزين البيانات والفصل، ولبنات بناء للمواد الفوقية المجمعة من مصفوفات الجسيمات النانوية المنظمة.
History
قدم نموذج لامير في منتصف القرن العشرين للتنوي المفاجئ يليه نمو متحكم فيه الأساس المفاهيمي لصنع الغرويات أحادية التشتت. أدت التطورات في أواخر القرن العشرين في كيمياء المذيبات المنسقة والمواد الخافضة للتوتر السطحي، التي لخصها السيد وآخرون، إلى جعل التحكم في الحجم والشكل أمرًا روتينيًا، ومكنت الجسيمات المنتظمة الناتجة من دراسة الشبكات الفائقة للجسيمات النانوية ذاتية التجميع.
Key figures
- Mostafa El-Sayed
- Victor LaMer
- Geoffrey Ozin
Related topics
Seminal works
- elsayed2005
- ozin2009
Frequently asked questions
- لماذا يعتبر فصل التنوي عن النمو مهمًا للجسيمات النانوية المتجانسة؟
- إذا استمرت الجسيمات الجديدة في التنوي بينما تنمو الأخرى، فإن التجمع النهائي يمتد عبر نطاق واسع من الأعمار وبالتالي الأحجام. تركيز التنوي في انفجار قصير، وبعد ذلك يحدث النمو فقط، يضمن أن جميع الجسيمات تنمو لنفس الفترة الزمنية تقريبًا وتصل إلى نفس الحجم تقريبًا.
- ما الذي يربط الشبكة الفائقة للجسيمات النانوية معًا؟
- تتماسك مصفوفات الجسيمات النانوية المنظمة بشكل كبير بفعل التفاعلات بين الروابط العضوية التي تغطي الجسيمات، بالإضافة إلى جذب فان دير فالس بين النوى غير العضوية. تسمح هذه القوى اللينة والقابلة للضبط للجسيمات أحادية التشتت بالتراص في شبكات فائقة بلورية تمامًا كما تتراص الذرات في بلورة.