日本產綜研開發出金納米材料的簡易合成法

2021-02-15 客觀日本

日本產業技術綜合研究所（以下簡稱 「產綜研」）電子光技術研究部門的研究員樂優鳳和研究組長則包恭央，開發出了單晶金納米材料的簡易合成法。該方法採用有機化合物琥珀酸衍生物通過自組織形成的雙分子膜作為模板。

只需在適當的溫度下混合金離子溶液和琥珀酸衍生物溶液即可形成金納米片（圖1)。例如，混合金離子水溶液（四氯金(III)酸，2mmol/L）和琥珀酸衍生物十二烯基琥珀酸（DSA）的水溶液（約0.3 mol/L）並保持53℃溫度，溶液顏色便開始發生變化，約15分鐘後會出現金納米材料的特徵性酒紅色。約1.5小時後即可獲得圖2a所示的金納米片。以往的金微粒合成法一般需要5～12小時左右，新方法可以縮短合成時間。該方法除金離子外只使用了一種試劑，且無需在水中攪拌，因此與以往方法相比，環境負荷也比較低。

圖1：以十二烯基琥珀酸形成的雙分子膜為模板的金納米片生長模式圖

圖2a是獲得的金納米片的掃描電子顯微鏡照片。該金納米片厚約10nm，寬約6μm。X射線衍射測量時主要觀測了金(111)面的衍射峰，確認金納米材料是取向為(111)面的單晶聚集體（圖2b）。另外，研究團隊利用能量色散X射線分析法對該顆粒進行元素分析發現，除金外，還檢測出了碳和氧（圖2c）。源自琥珀酸衍生物的有機分子附著在金納米片表面，發揮了分散劑的作用。

圖2：獲得的金納米片，利用（a）掃描型電子顯微鏡、（b）X射線衍射、（c）能量色散型X射線分析法進行的觀察。Au：金、C：碳、O：氧

獲得的金納米片的聚集體非常柔軟，在室溫下用手指按壓就會變形。可以使用模具壓製成型，能製作微米級的凹凸圖案（圖3a）。另外，將成型體加熱到250℃以上後，可以去除金納米片表面附著的有機物，獲得純度更高的金成型體。如此一來，金納米片聚集體可以像粘土一樣成型，可作為金粘土使用。

金納米片聚集體本身就具有導電性，而壓縮後導電性會大幅提高（圖3c）。因此可以考慮利用這個特點，將其應用於導電膏和墨水。例如，電阻率在初期約為5x10-5Ωm，而壓縮後降至3x10-7Ωm。這個值接近於金塊兒的電阻率2.4x10-8Ωm，因為顆粒之間的縫隙隨著壓縮消失（圖3b）。

圖3：（a）金納米片聚集體及在室溫下壓模成型，（b）壓模前後的金納米片聚集體掃描電子顯微鏡圖像，（c）壓縮金納米片時的電阻率變化

相關研究成果已於2020年1月29日公開在英國科學期刊《Nature Communications》上。

文：JST客觀日本編輯部編譯



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