Стержневидные нанокристаллы обычно выстраиваются параллельно друг другу, однако исследователи из Rice University (USA) обнаружили кое-что новенькое: наностержни могут самопроизвольно собираться и в кольца. Эта работа может как пролить свет на фундаментальные особенности самоорганизации наноматериалов, так и поспособствовать созданию высокочувствительных оптических наноприборов, например, для медицинских применений.
Поиск новых способов самоорганизации нанообъектов является важной задачей, так как свойства материалов зависят не только от размеров и формы образующих их частиц, но и от их взаимного расположения в структуре и степени упорядоченности. Хотя кольцеобразное упорядочение часто наблюдается для многих полимеров, малых органических молекул и сферических неорганических частиц, оно никогда ранее не было описано для стержневидных нанокристаллов. Почти во всех экспериментах наностержни выстраиваются в одном направлении. Более того, теоретические модели также предсказывают, что подобные частицы должны укладываться бок о бок.
Теперь стало известно, что колечки могут формироваться при конденсации воды на поверхности коллоидного раствора золотых наностержней в неполярном растворителе. Сначала стерженьки были покрыты полистиролом, что дало возможность наночастицам золота растворяться в органических неполярных жидкостях, но не в воде. В качестве растворителя был выбран дихлорметан. В полученный раствор ученые окунули покрытую углеродом сетку.
При извлечении сетки из раствора на ней образовалась тонкая пленка. Дихлорметан начал быстро испаряться, что привело к существенному охлаждению поверхности пленки и конденсации на нее воды из окружающего воздуха. Из-за несмешиваемости воды и дихлорметана на пленке образовались крошечные капли.
Когда дихлорметан почти испарился, остатки раствора сформировали вокруг капель кольца. После окончательного испарения растворителя полученный субстрат нагрелся до комнатной температуры и водные капли также испарились. В результате получились кольцеобразные структуры из золотых наностержней. Диаметр колец составил от 300 нм до нескольких микрон, а ширина обычно была близка к 50 нм.
Электронная микроскопия выявила, что наностержни в колечках ориентированы беспорядочно при высоких концентрациях исходного раствора. Но уменьшение концентрации заставляет стержни выстраиваться друг за другом по краю капель.
Авторы полагают, что кольцевидные образования могут найти применение в чувствительных оптических наноустройствах – способствовать детектированию биомолекул при чрезвычайно малых концентрациях, что будет несомненно востребовано в медицине.
Работа «Rings of Nanorods» опубликована в журнале Angewandte Chemie International Edition.
