Angew. Chem. :精准化学焊接实现纳米单元间可编程导电连接

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纳米科学与技术的快速发展,尤其是DNA纳米技术的出现,为通过分子和胶体自组装等手段,“自下而上”构建功能纳米器件奠定了基础。利用这类方法通常可在溶液中将纳米单元按预定空间构型进行排列,组装过程自发进行且高度并行化,无需人工或机器干预。


然而,通过溶液自组装所获得的纳米结构存在一个棘手的问题,即组装单元间缺少电荷载体输运通道,制约了其在纳米电学和光电器件等方面的应用。这一方面由于纳米材料表面具有一层导电能力很弱的分子保护层,另一方面与组装单元间存在的介电间隙直接相关。


近日,中国科学技术大学邓兆祥教授课题组发展了一种AgAuS介导的导电焊接策略,为上述问题提供了一种新颖的解决思路。结合可编程DNA或小分子导向组装,该方法可实现复杂纳米“分子”和微米级纳米粒子“聚合物”的高效、长程导电连通,并在实验上观察到光学频率的电荷转移共振。



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作者首先将硫化银定位沉积于金纳米粒子的微小间隙处,发现这一过程可迅速诱导金原子向硫化银中定向扩散,形成具有特定组成的AgAuS中间相。通过三丁基磷配体处理,可将间隙处的AgAuS半导体还原转化为稳定且导电性良好的AuAg合金,实现金/金纳米界面的精准导电桥接。该过程中AgAuS相充当了焊接反应的“引物”,是保证焊接反应优异的选择性和高效率的关键。

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由于AgAuS对金表面的良好“润湿性”,可在纳米金间隙处发生特异性沉积,并充当金纳米粒子间的粘接剂,使得这种导电焊接反应具有近100%的效率,可在不同尺寸和形状的金纳米单元间形成欧姆接触,并可通过电荷转移等离激元共振现象对导电性能进行观测。尤其重要的是,该方法与DNA程序化组装技术十分兼容,能对复杂纳米金组装体进行结构与光学性质重塑,构筑出导电连接的纳米金“分子”和微米级纳米棒“聚合物”,获得具有长波(覆盖近红外I、II和III区)等离激元共振特性的金属纳米超结构。

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该研究结果对于减小纳米组装单元间接触电阻,实现长距离电荷载体输运具有十分重要的意义。相关方法可为基于自组装技术构建高性能纳米电学和光电器件提供借鉴,并为发展新型柔性电极传感等技术提供了重要思路。

文信息

DNA-Programmable AgAuS-Primed Conductive Nanowelding Wires-Up Wet Colloids

Pengcheng Lei, Yanjuan Li, Xiaojun Song, Dr. Yan Hao, Prof. Zhaoxiang Deng


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202203568




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