[論文レビュー] Development of gold particles at varying precursor concentration

Mubarak Ali, I‐Nan Lin|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2016

Gold and Silver Nanoparticles Synthesis and Applications参考文献 48被引用数 30

ひとこと要約

本研究では、パルス型の電子光・溶液界面プロセス下で金ナノ粒子の形成およびそれらの自己集合によるより大きなアナイスotropic構造の形成を調査した。金前駆体濃度を0.05–1.20 mMで変化させたところ、0.30 mMおよび0.60 mMで微小な三角形粒子の生成が最大となり、光駆動による自己組織化によってそれらがより大きな幾何学的形状に凝集されることが示された。また、調整されたエネルギー・形状の光子により、粒子のサイズ、形状、構造の滑らかさを精密に制御可能であることが明らかになった。

ABSTRACT

Coalescence of tiny particles into extended shapes has been an overlooked phenomenon since long. Present study discusses the formation of tiny shaped particles and their packing into large-sized particles under varying concentration of gold precursor in homemade built pulse-based electronphoton-solution interface process. Under fixed ratio of bipolar pulse OFF to ON time, the amount of precursor decides tiny shaped particles. At air-solution interface, tailored energy-shape photons cropped atoms of monolayer assembly into tiny particles of connecting equilateral triangles in each case. For precursor concentration between 0.07 mM to 0.90 mM, a large number of tiny particles are made in two connecting equilateral triangles, maximum at 0.30 mM and 0.60 mM. On division into triangular-shaped tiny particles while self-bearing field force elongated at electron-solution interface followed by packing under uniform drive into various geometric anisotropic shaped particles at center of photon-solution interface. In the course of packing, travelling photons of hard X-rays modified elongated structure into smooth elements at photon solution interface. At 0.05 mM and 1.20 mM, tiny particles rarely observed are made in tiny shaped particles, their non-uniform drives resulting into pack where distorted particles were developed. Changing argon gas flow rate does not influence the shape of particles but structure at minute level, apparently. Reflected photons patterns at the surface of various geometric anisotropic shaped particles validate formation of smooth elements and in case of distorted ones, it does not. This study purely determines that under what concentration of gold precursor a certain size and shape of tiny-sized particle and large-sized particle is required while utilizing tailored energy-shape photons.

研究の動機と目的

• 金前駆体濃度の変化が微小形状ナノ粒子の形成およびそれらのその後の凝集による大きな粒子への変化に与える影響を理解すること。
• 調整されたエネルギー・形状の光子がナノ粒子の自己集合を幾何学的アナイスotropic構造へ誘導する役割を調査すること。
• 均一な三角形形状ナノ粒子および滑らかで大きなサイズの粒子の生成量を最大化する最適な前駆体濃度を特定すること。
• アルゴンガス流量の変化が微小レベルでの粒子形状およびナノ構造に与える影響を分析すること。
• さまざまな粒子形状からの反射光パターンを用いて構造的結果を検証すること。

提案手法

• 固定されたバイポーラパルスのOFF/ON比を維持した自作のパルス型電子光・溶液界面プロセスを用いた。
• 粒子核生成および成長に与える影響を調査するため、金前駆体濃度を0.05 mMから1.20 mMまで体系的に変化させた。
• 空気・溶液界面に調整されたエネルギー・形状の光子を照射し、単層アセンブリから原子を切り出して微小な正三角形粒子を形成した。
• 電子・溶液界面における自己支持力が粒子の延長を誘発し、その後一様な駆動力がアナイスotropic形状へのパッケージングを促進した。
• パッケージング段階では、硬いX線光子を用いて、延長された構造体を光子・溶液界面で滑らかな要素に変更した。
• 反射光パターンの分析により、滑らかでない構造体と滑らかな構造体の形成を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 微小な三角形形状ナノ粒子の生成量が最大になる金前駆体濃度はどの程度か？
• RQ2 調整されたエネルギー・形状の光子は、微小粒子がより大きなアナイスotropic構造に自己集合する過程にどのように影響を与えるか？
• RQ3 アルゴンガス流量を変化させた場合、得られる粒子のナノ構造および形状にどのような影響があるか？
• RQ4 反射光パターンは、最終的な粒子の構造的品質（滑らか vs. ずれ）とどのように相関するか？
• RQ5 電子・溶液界面は、ナノ粒子の延長およびその後のパッケージングにどのような役割を果たすか？

主な発見

• 微小な三角形形状ナノ粒子の生成量が最大になったのは、金前駆体濃度が0.30 mMおよび0.60 mMのときであった。
• 0.05 mMおよび1.20 mMの前駆体濃度では、一様でない駆動力のため、微小粒子がほとんど観察されなかった。
• 低濃度および高濃度の前駆体濃度における非一様な駆動力が、歪んだ粒子パックの形成を引き起こした。
• 硬いX線光子は、パッケージング段階で延長された粒子構造体を滑らかで幾何学的な要素に効果的に変更できた。
• 反射光パターンにより、整然とした粒子に滑らかな要素が形成されたことが確認されたが、歪んだ構造には検証が得られなかった。
• アルゴンガス流量は粒子形状に影響を及ぼさなかったが、微小レベルでの構造的詳細に影響を与えた。