作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 油胺封端的有机纳米粒子在非极性液体中的液相电子显微镜示意图
从左到右:组装好的液体池示意图
将一滴有机纳米粒子置于一个微芯片上，该微芯片具有一个薄的SiN膜窗口，并包含一个150纳米厚的间隔物，之后使用第二个微芯片组装液体细胞
图像是通过扫描样品上的电子束并记录传输的电子获得的，从而通过SiN膜窗口防止液体蒸发
然后分析自组装纳米粒子的数据
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aba1404 在固-液界面形成的纳米粒子超晶格薄膜对介观尺度材料很重要，但在分析固-液界面的形成开始时具有挑战性
在一份关于科学进步的新报告中
塞佩达-佩雷斯和德国的一个材料、物理和化学研究小组利用液相电子显微镜研究了固液界面纳米粒子组装的早期阶段
他们观察到油胺稳定的金纳米粒子自发地在液体外壳的氮化硅膜窗口上形成薄层
在第一个单层中，组装体保持六方对称的致密填料，与非极性溶剂类型无关
第二层显示的几何形状从六角形蜂窝结构的密集堆积到准晶体颗粒排列——基于液体的介电常数
由较弱的相互作用构成的复杂结构得以保留，而表面仍浸在液体中
通过微调纳米粒子超晶格形成中所涉及的材料的性质
控制超晶格的三维几何形状，包括准晶体(物质的新状态)
密集堆积成二维或三维的纳米粒子可以形成规则的纳米粒子超晶格阵列
例如，当用粒子掺杂半导体粒子超晶格以形成新的中尺度材料时，半导体粒子超晶格可以充当“元”半导体，而密集超晶格中的等离子体粒子可以耦合以形成具有角度相关和可调波长响应的集体模式
对于表面增强拉曼光谱来说，在这些粒子之间会出现大的电场
超晶格可以在液-液、气-液和固-液界面上发展，其中粒子-基底、粒子-粒子和粒子-液体之间的静态和动态相互作用可以决定超晶格的结构
然而，仍然很难预先预测这种结构
例如，模拟超晶格在多个阶段的组装尚不可能，因为只有很少的实验室真实空间数据可用于建模
因此，收集超晶格形成的基本机制的实验见解是具有挑战性的
在液体中与SiN膜界面形成的AuNPs膜
在不同非极性液体中观察到的示例性扫描透射电子显微镜(STEM)图像:(A)十六烷(液体厚度lsolv = 3
9微米，电子通量D = 1
3e/S2，(B)辛烷(lsolv = 6
9微米，D = 0
3 e/S2)，(C)环己烷(lsolv = 2
3微米，D = 0
3 e/S2)和(D)甲苯(lsolv = 1
0微米，D = 0
3 e/S2)
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aba1404 在这项工作中，塞佩达-佩雷斯等人
液相电子显微镜直接成像悬浮在不同非极性溶剂中的金纳米粒子超晶格
表面上第一层中的纳米粒子与基底和彼此之间有很强的相互作用
随着上层建筑一层一层地组装，表面相互作用减弱，图案在纳米粒子之间受到周围液体性质的影响，受到的力变弱
研究小组通过检查单层和双层在不同溶剂条件下的模式，研究了从粒子表面相互作用到较弱的粒子间相互作用的转变
为了研究超晶格的起源，他们研究了一种组装在氮化硅(SiN)涂层膜上的单一类型的油胺涂层纳米粒子
为了理解有机纳米粒子和基底之间的相互作用，科学家们改变了溶剂，并使用扫描透射电子显微镜(STEM)以尽可能低的电子通量获得尽可能高的空间分辨率
研究小组将SiN(氮化硅)膜置于氧化等离子体中，在装载样品前直接诱导表面极性
然后利用液相电子显微镜，他们观察了位于固液界面的金纳米粒子
他们测试了四种不同介电常数的非极性液体，以改变相互作用的范围
颗粒-基底的相互作用将纳米颗粒从液体吸引到SiN表面形成薄膜
强相互作用和弱相互作用导致致密的填料，这些填料只受到溶剂选择的微弱影响
线性链溶剂的总密度最高
十六烷中固液界面的单层AuNP
(一)单层纳米粒子的STEM图像
插图对应快速傅立叶变换:lsolv = 3
9微米，D = 5
0 e/S2
(二)为(一)中所示的红线获得的灰度值与位置的关系图
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aba1404 当在十六烷溶剂中对AuNP层成像时，研究小组观察到更亮和更暗的点，以指示单层顶部存在AunP——与图像信号中的三个离散水平并排
观察到的图案即使在随时间推移记录了样本区域的图像后也保持稳定
相比之下，环己烷非极性有机溶剂导致了致密的六边形顶层，研究小组注意到六边形底部和菱形六边形(特征是一个三角形、两个平行四边形和每个顶点上一个六边形)平铺的结构
这些样品还显示出准晶体性质的斑块
与第一层粒子相比，研究小组观察到第二层粒子的结合更弱，他们认为粒子堆积密度的降低是由于粒子-基底相互作用势的衰减
晶体和准晶体AuNP结构在固液界面自组装
在环己烷中观察到的六边形晶格
5微米，D = 30
4 e/S2
(二)在甲苯中排列成菱形的六角体(彩色区域):lsolv = 0
8微米，D = 30
4 e/S2
(三)菱形瓷砖示意图
三角形、平行四边形和六边形(每边)的尺寸是8
3 nm，8
分别为3纳米乘以10纳米和10纳米
(四)甲苯中的有机纳米粒子排列在非自相似的有色区域(lsolv = 0)
8微米，D = 30
4 E/S2，(E)非自相似BMHC的维数，(F)它的瓦片和基本十二边形对称性
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aba1404 这样，E
塞佩达-佩雷斯和他的同事们表明，具有高介电常数的溶剂降低了堆积密度，并允许准晶体结构的形成
该结果与衬底诱导自组装和粒子-衬底吸引研究的假设一致
低压电磁数据解释了在固液界面形成金纳米粒子自组装超晶格的机制
结果导致准晶体颗粒排列，这取决于装置中液体介电常数的强度
基于这些结果，包括复杂准晶体结构的超晶格的三维几何形状可以通过操纵所涉及的液体、纳米粒子和界面材料的性质来微调
甲苯中自组装多层结构的时移STEM图像系列
这个系列的第一幅图像最终排列成菱形
实验条件包括lsolv =0
8微米，D = 30
4 e/S2
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