具有均匀尺寸的纳米晶体,使用聚合物结构生成的形状作为“纳米反应器”

佐治亚理工学院微小化学研究人员利用星形嵌段共聚物结构作为微小反应容器,开发出一种改进的技术,用于生产具有一致尺寸,成分和结构的纳米晶体 - 包括金属,铁电,磁性,半导体和发光纳米晶体

依赖于聚合物分子的长度和两种溶剂的比例来控制胶体纳米晶体的尺寸和均匀性该技术可以促进纳米粒子在光学,电学,光电子,磁学,催化和其他应用中的应用,其中严格控制尺寸和结构对于获得理想的性能至关重要该技术可生产普通的核壳和中空纳米粒子,可在水中或有机溶剂中溶解

“我们已经制定了制备各种粒径范围的多种纳米粒子的一般策略,成分和架构,“sai d Zhiqun Lin,佐治亚理工学院材料科学与工程学院副教授“这种非常强大的技术使我们能够制作各种各样的纳米颗粒,这些纳米颗粒不能用任何其他方法轻易生产”该技术在6月期刊“自然纳米技术”该研究得到了空军科学研究办公室的支持

星形嵌段共聚物结构由一个中心β-环糊精核心组成,多个“臂” - 多达21个线性块共聚物 - 共价键合星形嵌段共聚物形成单分子胶束,用作反应容器和形成纳米晶体的模板

单分子胶束的内部嵌段是聚(丙烯酸)酸(PAA),是亲水的,允许金属离子进入它们一旦进入由PAA制成的微小反应容器内,离子与PAA反应形成纳米晶体,尺寸从几纳米到几十纳米纳米颗粒的大小由PAA链的长度决定

嵌段共聚物结构可以用亲水内嵌段和疏水外嵌段制成 - 两亲嵌段共 - 聚合物,所产生的纳米粒子可以溶解在有机溶剂中但是,如果内部和外部块都是亲水的 - 所有亲水性嵌段共聚物 - 所得到的纳米粒子将是水溶性的,使得它们适用于生物医学应用林和合作者新昌Pang,Lei Zhao,Wei Han和Xukai Xin发现,他们可以通过改变两种溶剂 - 二甲基甲酰胺和苯甲醇 - 在其中形成纳米颗粒的体积比来控制纳米颗粒的均匀性

对于铁电钛酸铅(PbTiO3)纳米颗粒,例如,9:1的溶剂比产生最均匀的纳米粒子研究人员还制造了氧化铁,氧化锌,t氧化钛,氧化亚铜,硒化镉,钛酸钡,金,铂和银纳米晶体该技术可适用于几乎所有过渡或主族金属离子和有机金属离子,林说:“我们能够创造纳米粒子的结晶度这是许多应用的关键,“他补充说”我们需要使它们具有良好的晶体结构,因此它们将表现出良好的物理性能“生产具有线性嵌段共聚物的聚合物胶束的早期技术受到了稳定性的限制

Lin说,目前的制造技术包括有机溶液相合成,有机金属前体的热分解,溶胶 - 凝胶工艺,水热反应和仿生或树枝状聚合物模板这些现有技术通常需要严格的条件,难以实现概括,包括一系列复杂的步骤,并且无法承受变化相比之下,乔治亚理工学院研究人员开发的纳米粒子生产技术具有通用性和稳定性

纳米粒子长时间保持稳定和均匀 - 迄今为止长达两年 - 没有沉淀这种灵活性和稳定性可以允许范围在实际应用中,Lin说:“我们的星形嵌段共聚物可以克服传统线性嵌段共聚物的热力学不稳定性,”他说 “内部PAA嵌段的链长决定了纳米粒子的大小,纳米粒子的均匀性受到系统中使用的溶剂的影响”研究人员使用了各种类似星形的二嵌段和三嵌段共聚物

- 聚合物作为纳米反应器其中包括聚(丙烯酸) - 嵌段 - 聚苯乙烯(PAA-b-PS)和聚(丙烯酸) - 嵌段聚(环氧乙烷)(PAA-b-PEO)二嵌段共聚物,和聚( 4-乙烯基吡啶) - 嵌段 - 聚(丙烯酸叔丁酯) - 嵌段 - 聚苯乙烯(P4VP-b-PtBA-b-PS),聚(4-乙烯基吡啶) - 嵌段 - 聚(丙烯酸叔丁酯) - 嵌段 - 聚(环氧乙烷)(P4VP-b-PtBA-b-PEO),聚苯乙烯 - 嵌段 - 聚(丙烯酸) - 嵌段 - 聚苯乙烯(PS-b-PAA-b-PS)和聚苯乙烯 - 嵌段 - 聚(丙烯酸) - 嵌段 - 聚(环氧乙烷)(PS-b-PAA-b-PEO)三嵌段共聚物对于未来,Lin设想更复杂的纳米晶体具有多功能壳和其他形状,包括纳米棒和所谓的“Janus”由双相几何构成的纳米颗粒两种不同材料 - 网上:

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