Физические свойства металлических наночастиц часто очень сильно отличаются от свойств объемных образцов того же самого материала (например, уменьшение размеров частицы приводит к уменьшению ее температуры плавления). Технологи научились изготавливать наночастицы различных размеров, формы и химического состава. А вот контролировать число и тип дефектов в наночастицах они пока не умеют. Поэтому в вопросе о влиянии дефектов на характеристики наночастиц до сих пор остается много белых пятен. Между тем известно, что наличие дефектов может приводить к весьма существенному изменению свойств наночастиц. К примеру, дефектные наночастицы золота термодинамически более устойчивы.

Рис. 1. Рост бездвойниковых и двойникованных наночастиц серебра из различных прекурсоров.

Сотрудники University of Maryland (США) разработали технологию, которая позволяет контролируемым образом изготавливать наночастицы серебра, имеющие одинаковый размер, но при этом являющиеся либо монокристаллическими, либо содержащими большое количество двойников – областей с различной ориентацией кристаллографических осей. Границы раздела между такими областями являются дефектами особого рода (так называемыми дефектами двойникования). Эта технология основана на использовании для синтеза наночастиц различных полимерных прекурсоров, а именно – трифенилфосфина серебра (PPh₃)₃3Ag-R с разными функциональными группами R = Cl, и R = NO₃. Если при R = NO₃) из зародышей вырастают двойникованные НЧ, то при R = Cl – бездвойниковые (см. рис.1.).

Связано это со специфической особенностью ионов Cl блокировать образование двойников. Средний размер и тех, и других наночастиц составил 10.5 нм.

Исследования показали, что физико-химические свойства этих двух типов наночастиц существенно различаются. Например, при взаимодействии с селеном из бездвойниковых наночастиц получались полые наночастицы Ag₂Se, а из двойникованных – сплошные однородные наночастицы. Это объясняется тем, что различие коэффициентов диффузии атомов Ag и Se по кристаллической решетке способствует формированию вакансий (скопление которых в итоге и образует полость внутри НЧ), тогда как атомы Se, перемещающиеся не по решетке, а по границам двойников, легко проникают в разделенные этими границами области Ag, в результате чего образуется однородная наночастицы Ag₂Se. Далее, в двойникованных наночастицах имеет место гораздо более быстрое охлаждение электронной подсистемы после воздействия лазерного импульса (вследствие передачи энергии решетке). Это говорит о том, что границы двойников усиливают электрон-фононное взаимодействие, которое, следовательно, можно регулировать путем изменения концентрации дефектов в наночастицах. Любопытно, что модуль упругости бездвойниковых наночастиц (определенный по периоду их радиальных колебаний после облучения лазером) оказался на треть меньше, чем у двойникованных наночастиц (это, впрочем, согласуется с имеющимися в литературе данными атомной силовой микроскопии об увеличении прочности серебряных нанопроводов после двойникования). Напротив, исследования оптических характеристик показало, что резонансный отклик локализованных поверхностных плазмонов в кристаллических наночастицах гораздо сильнее. А поскольку поверхностный плазмон очень чувствителен к внешнему окружению, то именно бездвойниковые наночастицы лучше подходят для использования в датчиках газов. Таким образом, оптимальная степень дефектности наночастиц определяется тем, где именно эти наночастицы будут использоваться и какие конкретно устройства собираются изготовлять на их основе. Где-то нанокристалличность хороша, а где-то и нет…

Источник информации - заметка Л.Опенова в бюллетене ПерсТ, выпуск 18 за 2007 г.