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纳米螺丝(nanoscrews):陈虹宇课题组的艺术之作

前言:

纳米是一门神奇的科学,有些人在这条路上走着走着,做出了技术;有些人做着做着,却成为了艺术。今天跟大家分享一篇纯粹的纳米合成的文献,来自南京工业大学陈虹宇教授课题组(已从南洋理工大学全职回国),论文发表在J. Am. Chem. Soc. (10.1021/jacs.6b06250).

纳米螺丝(nanoscrews):陈虹宇课题组的艺术之作



1.手性纳米结构

关于手性纳米结构,陈虹宇教授课题组在Chem. Soc. Rev.(Chem.Soc.Rev., 2013, 42, 2930–2962)上有篇文章进行了比较系统地介绍。纳米尺度的手性结构介于微观分子和宏观物体之间,难以从分子设计的角度进行构建,也难以采用成型加工的方法来制造。在纳米尺度,手性结构的制备方法和理论是比较缺乏的。传统的人们多采用自组装的方式来进行(基于手性模板或者原料),而这篇文章则是采用刻蚀Ag纳米线的方法来得到Ag nanoscrews(由非手性变成了手性)。


2.刻蚀

本文刻蚀的方法并不复杂:将五边形Ag纳米线(80-180 nm)粘在表面氨基化的Si片上,然后在80 oC下用硝酸银的乙二醇溶液处理20 min,水洗,重复5次(多次刻蚀很重要,单次长时间刻蚀并不能得到nanoscrews)。

然后,如下图所示,nanowire已经变成了nanoscrews了。

纳米螺丝(nanoscrews):陈虹宇课题组的艺术之作

图1. Ag 纳米线刻蚀前的SEM图片(a),刻蚀后的SEM(b),HAADF-STEM image (c)和重建成像图(d-h)。



纳米螺丝(nanoscrews):陈虹宇课题组的艺术之作

图2. (a) 不对称刻蚀的示意图. (b) 银纳米线的TEM和SAED. (c) 银纳米线截面的SAED 和TEM. (d) 刻蚀后银纳米线的TEM和选区FFTs. (e) 刻蚀后银纳米线截面的TEM和选区FFTs.


为了更好地探究整个变化过程,作者合成直径更大的纳米线作为前驱体,然后对其进行刻蚀。从下图可以看出,整个纳米线先出现一个个凹陷(pit),然后慢慢的连接(slanted merging)成凹槽(groove),变成螺纹状结构。

纳米螺丝(nanoscrews):陈虹宇课题组的艺术之作

图3. (a) 直径为300-500 nm的Ag纳米线的SEM图片,(b)刚开始刻蚀的SEM图片([100]面保留),(c) 所有[100]面都被刻蚀,形成沟槽;(d) STEM, (e-i)重建成像图, (j-k)三维结构模型;(l) TEM(侧视图,给出了凹陷结构), (m)相应三维模型。


纳米螺丝(nanoscrews):陈虹宇课题组的艺术之作
图4. 刻蚀的具体方式示意图


后记:

艺术是用来欣赏的,这里不过多地对具体机理进行介绍,感兴趣的同学可以阅读原文

这里简单谈谈我对纳米科学的认识。先套用下浙大竺可桢老校长的两个经典问题:诸位在做纳米时,有两个问题应该自己问问,第一,到纳米领域来做什么?第二,将来走出纳米领域后要做什么样的人?

1. 到纳米领域来做什么?如开篇所说,有人是来做技术,有人是来做艺术。但实际上,我觉得技术也好,艺术也好,不管最终是上书架还是上货架,都不应该功利地以是不是暂时有用来衡量值或者不值。纳米科学是不是一定要做到实用,做成纳米医学,纳米催化,纳米光电化学才是正途呢?其实我觉得未必,当然能做成实用很好,但并不是暂时不实用或者说表面上看起来不实用就不值得研究。这就好比如艺术,艺术能当饭吃么,能带动生产力么?未必,但是人类文明进程中何时少了艺术呢?纳米科学也是这样,它首先是基于合成,然后才是应用。把纳米合成当成一种工具,努力地生产新工具,发现新方法,其实是一种积累的过程,或许暂时没用,但是万一哪天有用呢?谁知道呢?


2. 走出纳米领域要做什么样的人?好吧,不管走出或者不走出纳米领域,我觉得纳米科学教给我们的是一种对细节的专注,对目标的执着,以及耐心。Precise control 和rational design其实真的不仅仅是科研的要求,生活中有的时候也需要。所以,做个细心,执着,有耐心的人!




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