Een boost van vitamine C hielp wetenschappers van Rice University om kleine gouden nanostaafjes om te zetten in fijne gouden nanodraden.

Gemeenschappelijk, mild ascorbinezuur is de niet zo geheime saus die het Rice-lab van chemicus Eugene Zubarev hielp om pure batches nanodraden te kweken van stompe nanostaafjes zonder de nadelen van eerdere technieken.

"Het is op zich niet nieuw om vitamine C te gebruiken om gouden nanostructuren te maken, omdat er veel eerdere voorbeelden zijn, " zei Zubarev. "Maar de langzame en gecontroleerde reductie die wordt bereikt door vitamine C is verrassend geschikt voor dit soort chemie bij het produceren van extra lange nanodraden."

Details van het werk verschijnen in het tijdschrift American Chemical Society ACS Nano .

De nanostaafjes van het Rice lab zijn aan het begin van het proces zo'n 25 nanometer dik – en dat blijven ze terwijl hun lengte uitgroeit tot lange nanodraden. boven 1, 000 nanometer lang, de objecten worden beschouwd als nanodraden, en dat is belangrijk. De aspectverhouding van de draden - lengte over breedte - bepaalt hoe ze licht absorberen en uitstralen en hoe ze elektronen geleiden. Gecombineerd met de inherente metaaleigenschappen van goud, die hun waarde voor detectie zouden kunnen vergroten, diagnostisch, beeldvormende en therapeutische toepassingen.

Zubarev en hoofdauteur Bishnu Khanal, een alumnus Rijstchemie, erin geslaagd om hun deeltjes veel verder te laten gaan dan de overgang van nanostaafje naar nanodraad, theoretisch tot onbeperkte lengte.

De onderzoekers toonden ook aan dat het proces volledig controleerbaar en omkeerbaar is. Dat maakt het mogelijk om nanodraden van elke gewenste lengte te maken, en daarmee de gewenste configuratie voor elektronische of lichtmanipulatieve toepassingen, vooral die waarbij plasmonen betrokken zijn, de door licht getriggerde oscillatie van elektronen op het oppervlak van een metaal.

De plasmonische respons van de nanodraden kan worden afgestemd om licht uit te stralen van zichtbaar naar infrarood en theoretisch ver daarbuiten, afhankelijk van hun beeldverhoudingen.

Het proces is traag, dus het duurt uren om een ​​micronlange nanodraad te laten groeien. "In deze krant, we rapporteerden alleen structuren met een lengte van maximaal 4 tot 5 micron, "Zei Zubarev. "Maar we zijn bezig om veel langere nanodraden te maken."

Het groeiproces bleek alleen te werken met pentaedrisch gekoppelde gouden nanostaafjes, die vijf gekoppelde kristallen bevatten. Deze vijfzijdige staven - "Denk aan een potlood, maar met vijf zijden in plaats van zes, " Zubarev zei - zijn stabiel langs de vlakke oppervlakken, maar niet bij de tips.

"De tips hebben ook vijf gezichten, maar ze hebben een andere rangschikking van atomen, " zei hij. "De energie van die atomen is iets lager, en als daar nieuwe atomen worden afgezet, ze migreren nergens anders heen."

Dat voorkomt dat de groeiende draden omtrek krijgen. Elk toegevoegd atoom vergroot de lengte van de draad, en daarmee de beeldverhouding.

De reactieve uiteinden van de nanostaafjes krijgen hulp van een oppervlakteactieve stof, CTAB, die de platte oppervlakken van nanostaafjes bedekt. "De oppervlakteactieve stof vormt een zeer dichte, strakke dubbellaag aan de zijkanten, maar het kan de tips niet effectief afdekken, ' zei Zubarev.

Dat laat de tips open voor een oxidatie- of reductiereactie. Het ascorbinezuur levert elektronen die zich combineren met goudionen en zich aan de uiteinden bezinken in de vorm van goudatomen. En in tegenstelling tot koolstofnanobuisjes in een oplossing die gemakkelijk aggregeert, de nanodraden houden afstand van elkaar.

"Het meest waardevolle kenmerk is dat het echt een eendimensionale verlenging is van nanostaafjes tot nanodraden, " zei Zubarev. "Het verandert de diameter niet, dus in principe kunnen we kleine staven nemen met een aspectverhouding van misschien twee of drie en ze verlengen tot 100 keer de lengte."

Hij zei dat het proces ook van toepassing zou moeten zijn op andere metalen nanostaafjes, inclusief zilver.