Sintesis dan Perakitan Nanopartikel

Sintesis dan perakitan nanopartikel adalah kimia pembuatan partikel logam dan anorganik dengan ukuran dan bentuk terkontrol dalam larutan serta pengorganisasiannya menjadi superstruktur teratur.

Definition

Sintesis nanopartikel adalah pembentukan terkontrol partikel skala nanometer dengan ukuran, bentuk, dan komposisi yang ditentukan, biasanya dalam larutan; perakitan adalah pengorganisasian partikel tersebut menjadi susunan dua atau tiga dimensi yang teratur yang perilaku kolektifnya dapat berbeda dari partikel yang terisolasi.

Scope

Topik ini mencakup persiapan nanopartikel fase larutan secara bottom-up: nukleasi dan pertumbuhan dalam sistem koloid, peran ligan penutup dan surfaktan dalam mengontrol ukuran dan bentuk, jalur reduksi dan dekomposisi untuk partikel logam dan oksida, serta pemisahan nukleasi dari pertumbuhan yang menghasilkan produk monodispersi. Ini juga mencakup bagaimana nanopartikel diarahkan untuk merakit — melalui pengeringan, interaksi ligan, atau templat — menjadi superlatis dan film fungsional.

Core questions

• Bagaimana nukleasi dan pertumbuhan mengontrol distribusi ukuran nanopartikel?
• Peran apa yang dimainkan ligan dan surfaktan dalam kontrol bentuk?
• Bagaimana nanopartikel monodispersi diperoleh?
• Bagaimana nanopartikel dapat dirakit menjadi superstruktur teratur?

Key concepts

• Nukleasi dan pertumbuhan
• Ligan penutup dan surfaktan
• Monodispersitas
• Kontrol bentuk anisotropik
• Superlatis nanopartikel
• Perakitan terarah templat

Key theories

Pemisahan nukleasi dan pertumbuhan

Nanopartikel monodispersi dihasilkan ketika ledakan nukleasi diikuti oleh pertumbuhan yang dibatasi difusi, sehingga semua partikel tumbuh untuk waktu yang sama; mengontrol pemisahan ini adalah dasar sintesis koloid yang menghasilkan distribusi ukuran yang sempit.

Kontrol bentuk dan perakitan diri yang diarahkan ligan

Molekul surfaktan dan penutup mengadsorpsi secara selektif pada faset kristal yang berbeda untuk mengarahkan pertumbuhan anisotropik, dan mereka memediasi gaya antarpartikel yang memungkinkan partikel monodispersi mengatur diri menjadi superlatis teratur saat penguapan.

Mechanisms

Reduksi atau dekomposisi prekursor membangun monomer hingga supersaturasi memicu ledakan inti; ini tumbuh dengan penambahan monomer dan oleh pematangan Ostwald, sementara ligan yang teradsorpsi menutupi permukaan, menentukan ukuran akhir, dan mengarahkan pertumbuhan selektif faset serta perakitan teratur selanjutnya.

Clinical relevance

Sintesis nanopartikel terkontrol menyediakan katalis dengan faset yang disesuaikan, partikel emas dan perak plasmonik untuk penginderaan dan pencitraan, partikel magnetik untuk penyimpanan data dan pemisahan, serta blok bangunan untuk metamaterial yang dirakit dari susunan nanopartikel teratur.

History

Model nukleasi ledakan LaMer pada pertengahan abad ke-20 yang diikuti oleh pertumbuhan terkontrol memberikan dasar konseptual untuk membuat koloid monodispersi. Kemajuan akhir abad ke-20 dalam kimia pelarut pengoordinasi dan surfaktan, yang dirangkum oleh El-Sayed dan lainnya, membuat ukuran dan bentuk dapat dikontrol secara rutin, dan partikel seragam yang dihasilkan memungkinkan studi superlatis nanopartikel yang merakit diri.

Key figures

• Mostafa El-Sayed
• Victor LaMer
• Geoffrey Ozin

Seminal works

• elsayed2005
• ozin2009

Frequently asked questions

Mengapa pemisahan nukleasi dari pertumbuhan penting untuk nanopartikel yang seragam?

Jika partikel baru terus bernukleasi sementara yang lain tumbuh, populasi akhir mencakup berbagai usia dan oleh karena itu ukuran. Memusatkan nukleasi menjadi ledakan singkat, setelah itu hanya pertumbuhan yang terjadi, memastikan semua partikel tumbuh untuk waktu yang hampir sama dan berakhir dengan ukuran yang hampir sama.

Apa yang menyatukan superlatis nanopartikel?

Susunan nanopartikel teratur sebagian besar disatukan oleh interaksi antara ligan organik yang melapisi partikel, bersama dengan tarikan van der Waals antara inti anorganik. Gaya lunak dan dapat disesuaikan ini memungkinkan partikel monodispersi mengemas menjadi superlatis kristal seperti atom mengemas menjadi kristal.