金纳米晶的形状依赖有序化与大范围自组装

　　2017年1月份，国家纳米科学中心唐智勇研究组和密歇根大学Glotzer研究组合作在《自然-通讯》上发表题为《金纳米晶的形状依赖有序化与大范围自组装》(Shape-dependent ordering of gold nanocrystals into large-scale superlattices)的研究论文。发展了制备大范围自组装纳米超晶格的方法，通过利用北京同步辐射装置1W2A线站的X射线小角散射实验技术，研究了结晶质量和纳米晶形状的关系，揭示了超晶格随纳米晶的形状不同而具有不同的有序化路径。这一工作不但对超晶格的形成理论提出了新的理解，而且提供了通过设计/选择纳米晶形状制备高质量纳米晶超晶格的新途径。同时，高质量的大范围金纳米超晶格为研究等离子晶体和超材料提供了优秀的研究体系。 

　　图1 纳米晶超晶格的SEM和SAXS实验分析 

　　纳米晶的自组装对于制备功能性纳米结构非常重要。纳米尺度自组装的核心目标是集成单个纳米晶的物理性质，得到具有新颖物理化学性质的超晶格。其中，所制备的超晶格的长程有序性和结晶质量对实现可实际应用的器件十分关键。作为组装基元，纳米晶的尺寸，形状和相互作用等特点在纳米超晶格形成过程中的作用十分关键。形状控制的纳米晶合成技术近年来得到了极大的发展，使得自组装研究中纳米晶的形状逐渐成为一个重要因素。目前人们发现，短链稳定剂保护的纳米晶，如棒，片，多面体等，所形成的超晶格中纳米晶的排列与其形状紧密相关。然而，形状因素对自组装过程和超晶格质量的影响仍然处于未知的阶段。

　　从这两个问题出发，唐智勇研究组巩建晓博士以不同形状的金纳米晶为研究体系，实现了大范围有序超晶格的生长，并依托北京同步辐射1W2A线站的小角X射线散射技术分析了结晶质量和形状的关系。研究人员采用40-100nm的金纳米晶（球，立方体，八面体，菱形十二面体）作为组装基元，得到了厘米尺度的超晶格，其中最大的单晶范围超过0.5mm，为迄今报道的超晶格最大单晶。 研究发现，超晶格的结晶质量与组装基元的形状相关，菱形十二面体超晶格具有最大的单晶范围。通过模拟和研究组装过程，超晶格的结晶和生长过程均表现出形状依赖的特点，结果最终发表在《自然通讯》上（Nature Communications 8: 14038, 2017）。 

　　发表文章： 

　　Jianxiao Gong, Richmond S. Newman, Michael Engel, Man Zhao, Fenggang Bian, Sharon C. Glotzer Zhiyong Tang, Shape-dependent ordering of gold nanocrystals into large-scale superlattices, Nature Communications 8: 14038, 2017.