[論文レビュー] Controlling morphology-structure of particles at different pulse rate, polarity and effect of photons on structure

Mubarak Ali, I‐Nan Lin|arXiv (Cornell University)|May 14, 2016

Gold and Silver Nanoparticles Synthesis and Applications参考文献 43被引用数 29

ひとこと要約

本研究では、電子-光子-溶液界面プロセス中のパルス周波数、極性、光子露出量がコロイド状金ナノ粒子の形態と構造を正確に制御できることを示している。パルスOFFとONの時間比と極性を調整することで、三角形、細長い、および異方性粒子といった異なる形状が形成され、最適な条件下では滑らかで低アスペクト比の構造が得られ、光子露出量が表面の平坦性を向上させることを確認した。

ABSTRACT

Controlling the shape and structure of metallic colloids is an important topic. Here, different morphologies-structures of colloidal gold particles are investigated for different process parameters in a pulse-based electron-photon-solution interface process. Different tiny-shaped particles of gold are developed for different types of nano-energy. Depending on the set ratios of pulse OFF to ON times and pulse polarity, packets of nano-energy assemble largely transitional-state atoms of gold monolayer assembly in their own shapes. Tiny particles in joined triangular-shape are developed under appropriate set ratio of bipolar pulse OFF to ON time. At unipolar pulse, tiny particles of a triangular-shape are developed directly. When the ratio of bipolar pulse OFF to ON time was at large difference, distorted shapes of the particles developed. Geometric anisotropic shapes of particles developed under appropriate ratios of pulse OFF to ON times. When the ratio of bipolar pulse OFF to ON time was 3, particles get developed in low aspect ratio. But under the fraction of this ratio, particles get developed in high aspect ratio. For longer pulse ON time, structures of smooth elements get developed in width less than inter-spacing distance and travelling photons along interface flat them further. When elongated atoms of tiny particles deformed largely, they did not form structures of smooth elements even for the case of travelling photons along their interface. Morphology and structure of tiny particles, nanoparticles and particles are discussed for different process parameters opening multiple routes of materials research and their counterparts. This is the overall attained orientation of electrons for their elongated atoms forming colloidal particles of different size and shape, which maintains the certain color of solution under sunlight.

研究の動機と目的

• パルス周波数、極性、光子露出量がコロイド状金粒子の形態と構造に与える影響を調査すること。
• 特定のナノ粒子形状（例：三角形や細長い形）を生成する最適なパルス比（OFF/ON）を同定すること。
• 移動する光子が粒子-溶液界面で表面を平坦化させ、滑らかで低アスペクト比の構造を促進する役割を検討すること。
• 原子レベルでのアセンブリダイナミクスと、溶液の色といったマクロな光学的性質との関係を理解すること。

提案手法

• ナノエネルギーパケットを生成するため、パルスベースの電子-光子-溶液界面プロセスを用いる。
• パルスOFF時間とON時間の比を変化させることで、遷移状態の金原子のアセンブリを特定の形状に制御する。
• 一様極性と双極性パルスモードを用い、直接的 vs. 逆方向の原子アセンブリメカニズムを比較する。
• 粒子-溶液界面に沿って移動する光子の効果をモニタリングし、表面の平坦化と構造の滑らかさを評価する。
• パルスパラメータの設定に基づいて、粒子構造の幾何的異方性とアスペクト比の変化を分析する。
• 太陽光下での最終的なコロイド溶液の色を観察し、粒子サイズおよび形状分布の指標とする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パルスOFF時間とON時間の比が、三角形と細長い金ナノ粒子構造の形成にどのように影響するか？
• RQ2 パルス極性（一様極性対双極性）が、金原子の自己集合を特定の形態に誘導する役割を果たすか？
• RQ3 粒子-溶液界面に沿って移動する光子が、表面の滑らかさと構造の均一性にどのように影響するか？
• RQ4 双極性パルス設定におけるアスペクト比とOFF/ONパルス比の関係は何か？
• RQ5 原子の変形およびエネルギーパケットの供給の変化が、コロイド状金の最終的な形態と光学的性質に与える影響は何か？

主な発見

• 双極性パルスのOFF/ON比が3の場合、低アスペクト比の金ナノ粒子が形成され、コンpakな安定構造を示した。
• OFF/ON比を3未満に低下させた場合、高アスペクト比のナノ粒子が観察され、細長く異方性の強い形態を示した。
• OFF/ON比の大きな差が生じると、不規則な原子アセンブリダイナミクスのため、歪んだ粒子形状が生成された。
• 一様極性パルスは直接的に三角形形状のナノ粒子を生成したため、対称的なナノ構造への直接的ルートであると考えられる。
• 界面に沿って移動する光子は粒子表面を平坦化させ、幅が間隔距離未満の場合、滑らかで低アスペクト比の要素の形成を促進した。
• 著しく変形した細長い原子は、光子露出があっても滑らかな構造を形成できず、構造的緩和の限界があることが示された。