近日，杭州师范大学材料与化学化工学院黄又举教授团队在纳米粒子超快速宏观大面积组装领域取得重大突破，相关研究工作以 “Instant Interfacial Self-Assembly for Homogeneous Nanoparticle Monolayer Enabled Conformal ‘lift on’ Thin Film Technology”为题发表在Science Advances。研究者通过引入超强疏水力的全氟分子克服动力学吸附势垒，实现了超高粒子利用率、高普适性的纳米粒子二维单层膜的构建，在生物光学显示、传感检测、生物电子皮肤和可穿戴纳米器件等领域展现出巨大的应用前景。该研究得到浙江省自然科学基金重点项目等资助。

在纳米粒子从水相到水油界面组装成二维膜的过程中，通常需要克服动力学及热力学吸附势垒，才能实现高效组装。然而，传统组装方法中，由于无法实现克服动力学吸附势垒的最大化，使得粒子组装效率、组装面积有限、普适性差。从组装机理来看，组装过程中的动力学吸附势垒与纳米粒子接触角息息相关。在实验中，黄教授团队发现全氟类分子由于极低的表面能(-CF3的表面能低至6.7 mJ/m2)，能够在组装过程中赋予纳米粒子超高接触角(>130°)。有趣的是，黄教授团队发现超出粒子表面所需1000倍全氟配体用量，对纳米粒子超快速组装产生了重要的影响。极大过量的全氟配体不仅能够推动粒子超快速组装，对粒子在界面密集组装也起到了积极作用。相对于传统界面自组装，全氟诱导纳米粒子界面自组装展现出独特的优势：时间成本极低(5 s)、高组装效率(~97.5%)、超大组装面积(~100 cm2)、单层密集组装结构。

图1. 动力学和热力学调控的纳米粒子在液-液界面自组装。

更有趣的是，与传统局限性界面自组装不同，这种界面自组装技术表现出极高的普适性！不同种类、不同形貌、不同大小、不同表面性质的纳米及微米粒子均可通过此方法实现超快速、高均一性、大面积粒子单层膜的构建。例如纳米金球、纳米金棒、氧化物、碳材料、量子点、聚合物等均可通过这种超快速界面组装技术，获得宏观大面积二维组装结构。同时，通过该技术获得的液-液界面纳米粒子二维膜对多种分子和离子表现出强大的捕获特性及“自愈合”性能，比如荧光分子、金属离子等。黄教授团队制备了功能性荧光图案，在高分辨荧光防伪的领域展现出优异的应用前景。

这一项工作不仅最大限度地突破了传统界面自组装过程中的能量势垒障碍，实现了诸多优势如超快速、宏观大面积、高粒子利用率、高普适性的、高均一性排列集一身的完美组装体系的构建。更为重要的是，这种基于纳米粒子界面自组装的薄膜技术，有效突破了传统薄膜技术的发展瓶颈，如材料限制、高成本、高精密仪器及苛刻人员要求等，成为了一种新型的薄膜技术手段，为拓展其在光学显示与防伪、电子皮肤、光谱传感检测等领域应用前景奠定了坚实的基础。

图2. 全氟诱导纳米粒子界面自组装的高组装效率和高普适性。

该论文第一作者为宋丽平博士和英国诺森比亚大学徐斌教授，杭州师范大学材料与化学化工学院黄又举教授为通讯作者，杭州师范大学为第一单位。

版权声明：本网站所有注明来源“医微客”的文字、图片和音视频资料，版权均属于医微客所有，非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，授权转载时须注明来源：”医微客”。本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，转载仅作观点分享，版权归原作者所有。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。 本站拥有对此声明的最终解释权。