Zelfassemblage en kristallisatie van nanodeeltjes (NP's) is over het algemeen een complex proces, op basis van verdamping of neerslag van NP-bouwstenen. Het verkrijgen van superkristallen van hoge kwaliteit is traag, afhankelijk van het vormen en handhaven van homogene kristallisatieomstandigheden. Recente studies hebben toegepaste druk gebruikt als een homogene methode om verschillende structurele transformaties en faseovergangen in vooraf bestelde nanodeeltjesassemblages te induceren. Nutsvoorzieningen, in het werk dat onlangs is gepubliceerd in de Journal of Physical Chemistry Letters , een team van Duitse onderzoekers die oplossingen bestudeert van gouden nanodeeltjes bedekt met poly(ethyleenglycol)- (PEG-) gebaseerde liganden, heeft ontdekt dat superkristallen kunnen worden geïnduceerd om zich snel te vormen in de hele suspensie.

In de afgelopen decennia is er is veel belangstelling voor de vorming van superkristallen van nanodeeltjes (NP), die afstembare en collectieve eigenschappen kunnen vertonen die verschillen van die van hun samenstellende delen, en die potentiële toepassingen hebben op gebieden zoals optica, elektronica, en sensorplatforms. Hoewel de vorming van superkristallen van hoge kwaliteit normaal gesproken een langzaam en complex proces is, recent onderzoek heeft aangetoond dat het uitoefenen van druk gouden nanodeeltjes kan induceren om superkristallen te vormen. Voortbouwend hierop en het vastgestelde effect van zouten op de oplosbaarheid van gouden nanodeeltjes (AuNP) gecoat met op PEG gebaseerde liganden, Dr. Martin Schroer en zijn team voerden een reeks experimenten uit om het effect van variërende druk op gouden nanodeeltjes in waterige oplossingen te onderzoeken. Ze maakten een onverwachte observatie - wanneer een zout aan de oplossing wordt toegevoegd, de nanodeeltjes kristalliseren bij een bepaalde druk. Het fasediagram is erg gevoelig, en de kristallisatie kan worden afgesteld door te variëren met het soort zout dat wordt toegevoegd, en zijn concentratie.

Het team gebruikte kleine hoek röntgenverstrooiing (SAXS) op bundellijn I22 om de kristallisatie in situ met verschillende chloridezouten (NaCl, KCl, RbCl, CsCl). Zoals Dr. Schroer uitlegt,

I22 is een van de weinige bundellijnen die een hogedrukomgeving biedt, en het is ongebruikelijk omdat de experimentele opstelling gemakkelijk door de gebruikers zelf kan worden beheerd. Het beamline-personeel is uitstekend, en we zijn bijzonder dankbaar voor hun expertise op het gebied van gegevensverwerking, wat van onschatbare waarde was."

Het resulterende fasediagram van de druk-zoutconcentratie laat zien dat de kristallisatie het resultaat is van het gecombineerde effect van zout en druk op de PEG-coatings. Superkristalvorming vindt alleen plaats bij hoge zoutconcentraties, en is omkeerbaar. Het verhogen van de zoutconcentratie leidt tot een continue verlaging van de kristallisatiedruk, terwijl de roosterstructuur en de mate van kristalliniteit onafhankelijk is van het zouttype en de concentratie.

Bij het bereiken van de kristallisatiedruk, superkristallen vormen zich in de hele suspensie; het comprimeren van de vloeistof verder resulteert in veranderingen van de roosterconstante, maar geen verdere kristallisatie of structurele overgangen. Deze techniek moet toepasbaar zijn op een verscheidenheid aan nanomaterialen, en toekomstige studies kunnen inzichten onthullen in de vorming van superkristallen die zullen helpen om kristallisatieprocessen te begrijpen en de ontwikkeling van nieuwe en snellere methoden voor de synthese van NP-superkristallen mogelijk te maken.

De NP-kristallisatie lijkt onmiddellijk te zijn, maar in deze reeks experimenten was er een vertraging van ongeveer 30 seconden tussen het uitoefenen van de druk en het nemen van de SAXS-metingen. Dr. Schroer en zijn team keren later dit jaar terug naar Diamond om tijdsopgeloste studies uit te voeren om dit fenomeen verder te onderzoeken.