ig. 1:Modèles SAXS 2D de nanoparticules d'or recouvertes de PEG (AuNP) avec 2 M de CsCl ajouté à différentes pressions. Gauche :1 barre; Milieu :4000 bars ; A droite :Après décompression à 1 bar. Le schéma ci-dessus illustre l'assemblage structurel des AuNPs enrobés à différentes pressions :à 1 bar, l'ensemble de particules est dans un amorphe, état liquide. En atteignant la pression de cristallisation, les cristallites cubiques à faces centrées sont formées par les AuNPs. Après relâchement de la pression, les AuNPs reviennent à l'état liquide. Crédit :Source de lumière diamant
L'auto-assemblage et la cristallisation des nanoparticules (NPs) est généralement un processus complexe, basé sur l'évaporation ou la précipitation de blocs de construction NP. L'obtention de supercristaux de haute qualité est lente, dépend de la formation et du maintien de conditions de cristallisation homogènes. Des études récentes ont utilisé la pression appliquée comme méthode homogène pour induire diverses transformations structurelles et transitions de phase dans des assemblages de nanoparticules pré-ordonnées. Maintenant, dans des travaux récemment publiés dans le Journal des lettres de chimie physique , une équipe de chercheurs allemands étudiant des solutions de nanoparticules d'or recouvertes de ligands à base de poly(éthylène glycol)-(PEG-) a découvert que des supercristaux peuvent être induits pour se former rapidement dans l'ensemble de la suspension.
Au cours des dernières décennies, il y a eu un intérêt considérable pour la formation de supercristaux de nanoparticules (NP), qui peuvent présenter des propriétés accordables et collectives différentes de celles de leurs composants, et qui ont des applications potentielles dans des domaines tels que l'optique, électronique, et plates-formes de capteurs. Alors que la formation de supercristaux de haute qualité est normalement un processus lent et complexe, des recherches récentes ont montré que l'application d'une pression peut induire des nanoparticules d'or à former des supercristaux. S'appuyant sur cela et sur l'effet établi des sels sur la solubilité des nanoparticules d'or (AuNP) recouvertes de ligands à base de PEG, Le Dr Martin Schroer et son équipe ont mené une série d'expériences pour étudier l'effet de la variation de la pression sur les nanoparticules d'or dans des solutions aqueuses. Ils ont fait une observation inattendue - lorsqu'un sel est ajouté à la solution, les nanoparticules cristallisent à une certaine pression. Le diagramme de phase est très sensible, et la cristallisation peut être ajustée en variant le type de sel ajouté, et sa concentration.
L'équipe a utilisé la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) sur la ligne I22 pour étudier la cristallisation in situ avec différents sels de chlorure (NaCl, KCl, RbCl, CsCl). Comme l'explique le Dr Schroer,
Fig. 2 :Diagramme de phase pression – concentration en sel de AuNP@PEG. Pour les basses pressions, les particules sont à l'état liquide, au-delà d'une pression critique, des super-réseaux cubiques à faces centrées (fcc) sont formés dans la solution. La transition de cristallisation dépend de la concentration en sel ainsi que du type de sel. Crédit :Source de lumière diamant
I22 est l'une des rares lignes à offrir un environnement à haute pression, et c'est inhabituel car le montage expérimental est facilement géré par les utilisateurs eux-mêmes. Le personnel de la ligne de lumière est excellent, et nous sommes particulièrement reconnaissants pour leur expertise en traitement de données, ce qui était inestimable."
Le diagramme de phase pression-concentration en sel qui en résulte montre que la cristallisation est le résultat de l'effet combiné du sel et de la pression sur les revêtements de PEG. La formation de supercristaux ne se produit qu'à des concentrations élevées de sel, et est réversible. L'augmentation de la concentration en sel entraîne une diminution continue de la pression de cristallisation, tandis que la structure du réseau et le degré de cristallinité sont indépendants du type et de la concentration du sel.
En atteignant la pression de cristallisation, des supercristaux se forment dans toute la suspension; la compression du liquide entraîne en outre des modifications de la constante de réseau, mais pas de cristallisation ou de transitions structurelles supplémentaires. Cette technique devrait être applicable à une variété de nanomatériaux, et des études futures pourraient révéler des informations sur la formation des supercristaux qui aideront à comprendre les processus de cristallisation et permettront le développement de méthodes nouvelles et plus rapides pour la synthèse des supercristaux NP.
La cristallisation des NP semble être instantanée, mais dans cet ensemble d'expériences, il y avait un délai d'environ 30 secondes entre l'application de la pression et la prise des mesures SAXS. Le Dr Schroer et son équipe retournent à Diamond plus tard cette année pour mener des études résolues dans le temps afin d'approfondir l'étude de ce phénomène.
