هجين متعدد الوظائف الحديد<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; -Au النانوية لالتدفئة Plasmonic كفاءة

Summary

We describe the synthesis and properties of multifunctional Fe₂O₃-Au nanoparticles produced by a wet chemical approach and investigate their photothermal properties using laser irradiation. The composite Fe₂O₃-Au nanoparticles retain the properties of both materials, creating a multifunctional structure with excellent magnetic and plasmonic properties.

Abstract

إحدى الطرق الأكثر استخداما على نطاق واسع لتصنيع جزيئات الذهب nanospherical الغروية ينطوي على خفض حمض chloroauric (HAuCl ₄₎ إلى الذهب محايد الاتحاد الافريقي (0) من خلال الحد من وكلاء، مثل سترات الصوديوم أو بوروهيدريد الصوديوم. تمديد هذه الطريقة لتزيين أكسيد الحديد أو النانوية مماثلة مع جزيئات الذهب لخلق هجين متعدد الوظائف _الحديد 2 _يا 3 -Au النانوية واضح ومباشر. هذا النهج غلة سيطرة جيدة على أبعاد جسيمات متناهية الصغر الاتحاد الافريقي وتحميلها على _الحديد 2 _يا 3. بالإضافة إلى ذلك، فإن حجم الاتحاد الافريقي المعادن، والشكل، والتحميل يمكن بسهولة ضبطها عن طريق تغيير المعلمات التجريبية (على سبيل المثال، تركيزات المواد المتفاعلة، الاختزال، السطحي، وما إلى ذلك). ميزة هذا الإجراء هي أن رد الفعل الذي يمكن القيام به في الهواء أو الماء، و، من حيث المبدأ، هو قابل للتصعيد. استخدام هذا الانضباطي البصري _الحديد 2 _يا 3 -Au النانوية لhypertherدراسات ميا هو خيارا جذابا لأنها تستفيد من التدفئة plasmonic من جزيئات الذهب ضبطها لتمتص الضوء بقوة في المنطقة VIS-الجرد الوطني. بالإضافة إلى آثاره plasmonic، يوفر النانو الاتحاد الافريقي سطح فريدة من نوعها للكيمياء مثيرة للاهتمام والحفز. _{والحديد} 2 _يا 3 مواد توفر وظائف إضافية بسبب خاصية المغناطيسية لها. على سبيل المثال، حقل مغناطيسي خارجي يمكن استخدامها لجمع وإعادة تدوير الهجين _الحديد 2 _يا 3 -Au النانوية بعد تجربة الحفازة، أو بدلا من ذلك، والحديد المغناطيسي _{2 O 3} يمكن استخدامها لدراسات ارتفاع الحرارة من خلال الحث الحراري المغناطيسي. التجربة ضوئي؛ ضوحراري المبينة في هذا التقرير يقيس التغير في درجة الحرارة بالجملة وحل جسيمات متناهية الصغر فقدان كتلة وظائف من الوقت باستخدام الأشعة تحت الحمراء الحرارية والتوازن، على التوالي. سهولة إعداد العينات واستخدام المعدات المتاحة بسهولة هي مزايا واضحة لهذه التقنية. والتحذير هو الفي هذه القياسات ضوئي؛ ضوحراري تقييم درجة حرارة المحلول بكميات كبيرة، وليس على سطح جسيمات متناهية الصغر حيث transduced الحرارة ودرجة الحرارة من المرجح أن يكون أعلى من ذلك.

Introduction

ابتداء من استخدامها في زجاج مزدوج اللون القديم، غالبا ما أسهمت ¹ جزيئات الذهب (AuNPs) لتطوير تكنولوجيات جديدة. ^2،3 المزيد من الأمثلة الحديثة لهذه التقنيات تشمل الأجهزة والجسيمات الحجب التي يمكن أن كلا كشف وعلاج السرطان. ^4،5 AuNPs لديها العديد من الخصائص الرائعة، ولكن أبرزها بين هذه هو وجود مترجم الرنين مأكل السطح (LSPRs)، والتي تحدث عندما الحادث الإشعاع الكهرومغناطيسي محركات resonantly مجانا الإلكترونات إلى التذبذبات الجماعية، وخلق مجالات الكهرومغناطيسية الشديدة وتقتصر إلى حد كبير. ⁶ ومن الجوانب فضول من LSPRs هي أنها الانضباطي. وهذا يعني أن الطاقة الرنين يمكن تعديلها عن طريق تعديل شكل وحجم AuNPs أو عن طريق تغيير معامل الانكسار للبيئة المحيطة. خاصية أخرى من AuNPs، والذهب بشكل عام، هو أنها غالية الثمن نسبيا. في حين أن هذا قد يجعل الذهب أكثر جاذبية منوجهة نظر ترفا، لالتطبيقات التكنولوجية، وهذا هو العيب ويمكن أن يكون عقبة أمام استخدام العام. اثنين من الحلول الممكنة لهذه المشكلة يبحثون عن مواد بديلة أقل تكلفة أن يحمل خصائص مشابهة مثل الذهب، أو إيجاد طريقة لدمج الذهب مع مواد أخرى لإنشاء المواد المركبة ذات خصائص مماثلة ولكن كميات صغيرة من المعدن النفيس. الحل الأخير هو ربما أكثر إثارة للاهتمام لأنها تسمح لإمكانية إنشاء البنية النانوية المختلطة متعددة الوظائف مع الخصائص الفيزيائية من اثنين أو أكثر من المواد ⁷

الحديد (III) أكسيد، _الحديد 2 _يا 3، هو مرشح ممتاز لعنصر واحد من هذا الخليط لأنه متاح على نطاق واسع، وغير مكلفة، وغير سامة. وعلاوة على ذلك، فإن المرحلة maghemite، γ الحديد _{2 يا} 3، هي ferrimagnetic، والمرحلة الهيماتيت، α الحديد _{2 يا} 3، هي المغناطيسية ضعيفة. وهكذا، فإن الجمع بينالذهب مع _الحديد 2 _يا 3 يحتمل أن تسفر النانوية التي تظهر خصائص plasmonic وأيضا التفاعل مع المجالات المغناطيسية الخارجية، ولكن بشكل ملحوظ أقل تكلفة من الذهب الخالص. مثل هذه البنية النانوية الهجينة يمكن أن تجد مثيرة للاهتمام تطبيقات العالم الحقيقي. على سبيل المثال، فقد أثبتت النانوية _الحديد 2 _يا 3 -Au مفيدة لكلا تشخيص السرطان والعلاج عن طريق التصوير بالرنين المغناطيسي والعلاج ضوئي؛ ضوحراري. ⁸ في هذه الحالة، _الحديد 2 يا _{3 وظائف} وكيلا التصوير بالرنين المغناطيسي النقيض من ذلك، في حين أن الجزء الاتحاد الافريقي تحويل محليا الحادث ضوء للحرارة من خلال تبديد الطاقة الكهرومغناطيسية الممتصة خلال LSPR. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت _الحديد 2 _يا 3 -Au النانوية تعزيز plasmonic من التحويل التحفيزي من ثاني أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون ₂ تحت إضاءة الضوء المرئي، ويمكن أن تستخدم هذه الهياكل أيضا ضوئي؛ ضوحراري تحويل الطاقة الشمسية. ^9،10

ثييصف الصورة تقرير تركيب _الحديد 2 _يا 3 -Au النانوية باستخدام أسلوب الكيميائي الرطب بسيط. ويتكون هيكل هجين من _الحديد 2 يا _{3 الأساسية} التي زينت مع AuNPs أصغر. الأهم من ذلك، الحصول على _الحديد 2 _يا 3 -Au النانوية تحتفظ كل من الخصائص المغناطيسية وplasmonic من المواد المكونة، مما يخلق الجسيمات متعددة الوظائف التي يمكن أن تكون مفيدة لمجموعة متنوعة من التطبيقات. من أجل توضيح التطبيقات plasmonic من هذه الجسيمات النانوية الهجينة، وصفت أيضا توصيف ضوئي؛ ضوحراري من الجسيمات النانوية باستخدام نظام التدفئة الليزر. تظهر القياسات ضوئي؛ ضوحراري أن الهجين _الحديد 2 _يا 3 -Au النانوية قادرة على تسخين المحاليل المائية بكفاءة كما AuNPs النقي، حتى مع وجود تركيز أقل بكثير من المعادن النبيلة. هذه النتائج تعد تصديقا لطريقة استخدام مركب أو هجين المواد اللازمة لخفض التكاليف وتحقيق قدر أكبر من الوظيفيهذ.

Protocol

1. بروتوكول تخليق المواد النانوية

1. إعداد محلول المخزون من _الحديد 2 _يا 3 من 25 مم.
   ملاحظة: جميع الحلول الأسهم وإعدادها باستخدام الماء منزوع الأيونات ما لم ينص على خلاف ذلك.
2. خذ 25 مل دورق مخروطي.
3. إضافة 10 مل منزوع الأيونات الماء (DI) وبقضيب، ووضعه على كتلة التدفئة.
4. إضافة 100 ميكرولتر من الحديد المحلول _{2 O 3} (25 ملم) لهذه القارورة.
5. الحرارة الحل مع التحريك لمدة 5 دقائق تقريبا.
6. إعداد 10 مل 1٪ سيترات الصوديوم عن طريق إذابة 0.1 غرام من سيترات الصوديوم إلى 10 مل من الماء.
7. إضافة 1 مل من محلول 1٪ سيترات الصوديوم إلى قارورة 25 مل تحتوي على حل _الحديد 2 _يا 3 مائي.
8. تقديم حل ليغلي (100 درجة مئوية).
9. إضافة 250 ميكرولتر من حمض chloroauric 0.01 م.
10. تواصل تسخين الحل عند 100 درجة مئوية لمدة 10 دقيقة. بعد عدة دقائق (2-3 دقيقة)، والحل أحمرا / مؤشر على اللون البنيتينغ أن يتم إنتاج الجسيمات النانوية الاتحاد الافريقي.
11. إزالة الحل من كتلة التدفئة، واتركه حتى يبرد في RT (حوالي 20 درجة مئوية) (1-2 ساعة).
12. تنقية العينات بواسطة الطرد المركزي لمدة 7 دقائق في 4700 × ز.
13. إزالة طاف من العينات طرد.
14. إعادة تفريق النانوية طرد في الماء DI، تصل إلى 10 مل.

2. النانوية توصيف

1. SEM / EDX توصيف:
   1. ضع 1-2 ميكرولتر من النانوية طرد على الشبكة النحاسية واتركه حتى يجف لمدة 1 ساعة.
   2. وضع العينة في وعاء نظيف وأخذه إلى SEM / EDX لتوصيف. ^11،12
2. أشعة فوق البنفسجية فيس توصيف:
   1. بدوره على أشعة فوق البنفسجية فيس والسماح لها الاحماء لمدة 10-15 دقيقة.
   2. تسجيل الطيف إشارة DI المياه.
   3. ضع 1 مل من محلول مائي للجسيمات متناهية الصغر في كفيت ميتاكريليتوسجل للأشعة فوق البنفسجية فيس الأطياف على موجات λ = 300 - 1000 نانومتر.
   4. تجنب تشبع من إشارة عن طريق الحفاظ على الحد الأقصى لامتصاص أقل من ~ 1.2. إذا كان الحد الأقصى الامتصاصية لوحظ أكبر، والحد من ذروة الذروة عن طريق تمييع العينة أو باستخدام أقصر مسار طول كفيت.
      ملاحظة: سطح مأكل عصابة من الاتحاد الافريقي (λ ≈ 525 نانومتر) ينبغي ملاحظتها بسهولة.
3. التلاعب المغناطيسي
   1. ضع 3 مل من / العينات المائية بنية اللون الأحمر النانو المغناطيسية / plasmonic في cuvettes ميتاكريليت.
   2. وضع مغناطيس شراؤها تجاريا (~ 100 جاوس) في مقربة من كفيت.
      ملاحظة: في غضون دقائق، كل الجسيمات النانوية المغناطيسية / plasmonic هي "تعلق" إلى الجانب كفيت ميتاكريليت حيث تم وضع المغناطيس. تحولت حل من البني إلى عديم اللون تشير إلى أن الجسيمات النانوية احتفظت خصائصها المغناطيسية حتى بعد أودع الاتحاد الافريقي على _الحديد 2 O ₃ السطح.
4. إلى جانب بالحث البلازما الطيف الكتلي (ICP-MS) التحليل. ¹³
   1. استخدام العينات المائية من حلول جسيمات متناهية الصغر في هذا التحليل.
   2. ملخص تنقية عينات جسيمات متناهية الصغر في حامض النيتريك لتحويلها إلى شكل أيوني قبل التجارب تحليل الجماعية عن طريق نقل جميع العينات في أنابيب مع الحجم النهائي من 10 مل من حمض النتريك 2٪. سماح 30 دقيقة لعملية الهضم لتأخذ مكان.
   3. إنشاء منحنى المعايرة مع تركيزات معروفة في التحاليل من الفائدة (على سبيل المثال، والاتحاد الافريقي، الحديد).
   4. عينات سبايك مع المحلول القياسي الداخلي تحتوي على 10 جزء في البليون الصحة الانجابيه وفي وتحليل في وضع نصف الكمية من ICP-MS وفقا لتعليمات الشركة الصانعة. تنطوي هذه التقنية على تحليل لارجاعها مستوى متعدد العناصر نيست (10 جزء في البليون في و 100 جزء في البليون لي، المنغنيز، الحديد، شركة، الأب، الكادميوم، بي، وU).
   5. مقارنة شدة المحددة لمعيار مع intensitiوفاق لعينات أخرى لانتاج تركيزات تقريبية لعناصر معينة. لحساب البلازما وأداة الانجرافات، يجب أن يكون جميع العينات الحد الأدنى من تركيز 10 جزء في البليون لفي التي تم إضافتها إلى جميع العينات.
   6. تحديد تركيز عنصر من التحاليل المصالح للحلول استعداد باتباع الخطوات التالية:
      1. إجراء عينة التحقق من صحة معايرة الأولية للمعايير متعددة العناصر (10 جزء في البليون في و75 جزء في البليون لي، والمغنيسيوم، الحديد، شركة، الأب، الكادميوم، بي، وU).
      2. أداء فارغة معايرة الأولي من الماء منزوع الأيونات.
      3. لتحليل ICP-MS على اثنين من عينة من الفائدة.
      4. الاستمرار في أداء عينة التحقق من صحة معايرة (10 جزء في البليون في و75 جزء في البليون لي، والمغنيسيوم، الحديد، شركة، الأب، الكادميوم، بي، وU) من المعيار متعددة العناصر.
      5. تواصل فارغة معايرة الماء منزوع الأيونات.
         ملاحظة: وفقا للمواصفات البائعين، وقياسات ICP-MS لها عدم التيقن من 20٪. تم تنفيذ العمل المخبري المواد متناهية الصغر تحت بالعربيةغطاء محرك السيارة أوميا. وينبغي استخدام معدات الوقاية الشخصية (معطف المختبر، المريلة، رقيقة قفازات النتريل مل للاتصال عرضية، ونظارات واقية) ودرع الوجه إذا هود وشاح فوق مستوى الذقن. الحد الأدنى معدات الوقاية الشخصية اللازمة عند التعامل مع المواد النانوية. معطف مختبر المتاح، رقيقة قفازات النتريل مل للاتصال والسلامة نظارات عرضية مع الدروع الجانب سيتم ارتداؤها في المختبر عند التعامل مع المواد النانوية. لا يجوز وضع المواد متناهية الصغر النفايات واضعة في القمامة العادية أو هباء.

3. الليزر التدفئة تجربة

1. بدوره على امدادات الطاقة ليزر والتوازن.
   ملاحظة: الطول الموجي الليزر المستخدمة في هذه التجربة (λ = 532 نانومتر) يتم اختياره لتتناسب مع LSPR الامتصاصية الذروة قدر الإمكان. ومع ذلك، والآثار ضوئي؛ ضوحراري يمكن أن يتسبب استخدام أي الطول الموجي التي تتداخل مع امتصاص الجسيمات النانوية. كفاءة التدفئة أكبر فقط عندما مضيئة في الرنين.
2. وضع النوافذ التوازن بحيث دo لن تعرقل مسار الليزر أو منع الأشعة تحت الحمراء (IR) المزدوجات الحرارية. المزدوجات الحرارية الأشعة تحت الحمراء هي عدم الاتصال تحقيقات درجة الحرارة ويجب أن يكون لها خط واضح البصر لقياس السطح. ويبين الشكل 1 تخطيطي من الإعداد التجريبية.
3. إزالة الأغطية الواقية من المزدوجات الحرارية الأشعة تحت الحمراء.
4. فتح برنامج حاسوبي لجمع البيانات وتشغيل، تسمية القياس، "الودية". يجمع برنامج حاسوبي مخصص قيم التوازن والمقاومة الحرارية بوصفها وظيفة من الزمن، وعندما يتم تشغيل البرنامج هو تسجيل هذه القيم في ملف البيانات.
5. تشغيل قياس لمدة 20 دقيقة على الأقل للسماح للنظام في عملية الاحماء.
6. في حين أن النظام الاحماء، وإعداد العينة قبل pipetting كمية مناسبة (3 مل) من الحل المنشود في كفيت ميتاكريليت. المبالغ المستخدمة هنا هي 3 مل من محلول لcuvettes القياسية، و 1 مل لcuvettes شبه الصغرى.
7. ضبط قوة الليزر إلى أدنى ضبطجي التي تنتج شعاع بالكاد مرئية، والتي هي 1،5 ألف لنظام الليزر المستخدمة هنا. تحقق للتأكد من أن بقعة شعاع الليزر دون عائق، وتظل في بؤرة الحرارية الأشعة تحت الحمراء.
8. ضع العينة على ذراع التوازن بحيث جانب كفيت هو عمودي على شعاع قياس الأشعة تحت الحمراء الحرارية وبقعة شعاع الليزر يضرب مركز من الحل.
9. تقليل قوة الليزر حتى شعاع لم تعد مرئية، ولكن لا إيقاف إمدادات الطاقة.
10. بعد 20 دقيقة الاحماء كاملة. وقف برنامج القياس والخروج من البرنامج.
11. إعادة الصفر التوازن. فتح برنامج حاسوبي لجمع البيانات، انقر فوق تشغيل، ثم قم بإنشاء اسم لملف البيانات. سيتم تشغيل التجربة بعد تسمية الملف والنقر على "حفظ". سوف روتين التجريبي المحدد تعتمد على المعلومات المطلوبة، ولكن يتم توفير روتين نموذج هنا.
    1. بدء جمع البيانات. بعد 120 ثانية، وتحويل ما يصل لعسير القدرة على الإعداد المطلوب (1.2 W لهذه التجارب، والتي عندما ركزت في ~ 20 ميكرون بقعة يتوافق مع ~ 3.8 × 10 ^{5 واط} / سم ^2). جمع بيانات عن 1000 ثانية أخرى، ثم ضبط قوة الليزر إلى الحد الأدنى من الإعداد وإيقاف إمدادات الطاقة ليزر. الاستمرار في جمع البيانات عن 1000 ثانية أخرى قبل وقف قياس.
12. بعد روتين التجريبية كاملة، للخروج من البرنامج، يتحول كل شيء خارج، وإعادة تغطية جميع المعدات. حفظ البيانات التجريبية في شكل ASCII ومزيد من العملية وتحليلها باستخدام برامج إضافية.

النتائج

تركيب المواد اعتبار هام للمواد الهجين. الطاقة والتشتت تحليل الأشعة السينية (EDX) وإلى جانب بالحث البلازما الطيف الكتلي (ICP-MS) يمكن أن توفر هذه المعلومات. يوفر تحليل البيانات EDX شبه الكمي (الشكل 2)، في حين يوفر ICP-MS معلومات دقيقة والكمية المتعلقة العناصر المثيرة للاهتمام. تبين أن الهجين _الحديد 2 _يا 3 -Au النانوية لها الحديد والاتحاد الافريقي تركيزات ρFe = 150 جزء في البليون وρAu = 49 جزء في البليون. في المقابل، النانوية الاتحاد الافريقي النقية، والتي تستخدم كعنصر تحكم لتسخين حراري ضوئي؛ ضوحراري، تركيزات الاتحاد الافريقي أعلى بكثير من ρAu = 1100 جزء في البليون.

تحليل SEM يكشف عن التشكل من جزيئات _الحديد 2 _يا 3 -Au (الشكل 3)، والتي تبين مجاميع من الجسيمات مدورة، غير النظامية التي تظهر functionalized مع أصغر، ومشرق،وتقريبه النانوية. يتم تحديد جزيئات أكبر كما الحديد _{2 O 3، في حين} يتم التعرف عليها، النانوية أصغر أكثر إشراقا كما الاتحاد الافريقي. هذا النوع من التشكل وكثيرا ما يشار إليها باسم النانوية "زينت". ^{(14) وفي} هذه الحالة، سطح الجسيمات دعم والحديد _{2 O 3،} ومزينة، النانوية الاتحاد الافريقي المتفرقة الأصغر حجما. التحليل الإحصائي للالنانوية يكشف عن أن _الحديد 2 _يا 3 النانوية لديها متوسط ​​قطرها من د = 40 ± 10 نانومتر. النانوية الاتحاد الافريقي functionalizing لديها مجموعة واسعة من الأحجام، مع د = 20 ± 20 نانومتر. ديناميكية تشتت الضوء (DLS) القياسات يمكن قياس السلوك التجميع، وتبين أن الهجين _الحديد 2 _يا 3 -Au النانوية يبلغ متوسط ​​نصف قطر الهيدروديناميكية من درهم = 243 نانومتر مع صناديق السكان درهم = 61 نانومتر (13٪) و درهم = 310 نانومتر (87٪). بالإضافة إلى ذلك، تم العثور على إمكانات زيتا لζ = -16 بالسيارات، والتي قد تساعد على الحد منسلوك التجميع.

طيف الأشعة فوق البنفسجية تجاه-الجرد الوطني للالهجين يظهر _الحديد 2 _يا 3 -Au النانوية في الشكل 4A. ويلاحظ وجود الامتصاصية قمة متميزة في الطول الموجي λ ≈ 520 نانومتر، ونسبت إلى وضع LSPR من الجسيمات النانوية الاتحاد الافريقي functionalizing _{والحديد} 2 _يا 3. الطول الموجي للLSPR يتسق مع القيم الأدب لAuNPs مع الأشكال التضاريسية مماثلة. ^11،12 السلوك plasmonic للهياكل هجينة ويرجع ذلك إلى تشكيل AuNP على _الحديد 2 _يا 3 دعامات. هذا يمكن ملاحظتها مباشرة في الموقع الطيفي للأشعة فوق البنفسجية لوجه. الشكل 4B يدل على الأشعة فوق البنفسجية تجاه الامتصاصية أطياف الحل المتفاعلة في أوقات مختلفة أثناء عملية التفاعل. في البداية، هناك بعض طفيف الامتصاصية الضوء المرئي يعزى إلى _الحديد 2 _يا 3 النانوية فرقت في الحل. ومع استمرار التفاعل، abso زيادات rbance، وفي 1.5 دقيقة، تبدأ ذروة لتشكيل، التي تصبح أكثر تحديدا كرد فعل تطول. هذه النتائج الذروة من LSPR الامتصاصية ويتوافق مع تشكيل AuNPs وترسبها على سطح الدعم _الحديد 2 _يا 3. ويلاحظ سلوك المغناطيسي للجزيئات _الحديد 2 _يا 3 -Au بسهولة من خلال التلاعب مع حقل مغناطيسي خارجي. في البداية، والحل _الحديد 2 _يا 3 -Au لها لون ضارب إلى السمرة (الشكل 5B). ومع ذلك، بعد وضع الحل في حقل مغناطيسي خارجي، والحل يتحول تدريجيا واضحا على مدى عدة دقائق كما يتم جمعها في مجملها من جزيئات هجينة المغناطيسية حسب الحقل (الشكل 5C). جمع المغناطيسي هو عكسها، ويمكن النانوية متعددة الوظائف إعادة فرقت عن طريق التحريض على الحل، كما هو مبين في الشكلين 5D و5E.

1 "> وأظهرت قياسات ضوئي؛ ضوحراري التدفئة في الشكل 6A، الذي يرسم التغير في درجة الحرارة بالجملة في حل المشع، ΔT، بوصفها وظيفة من الوقت للهجين _الحديد 2 _يا 3 -Au النانوية، AuNPs، والماء منزوع الأيونات النقي (DI H ₂ O)، _{والحديد} 2 _يا 3 -Au والاتحاد الافريقي النانوية يحمل ملف تعريف درجة الحرارة متطابقة تقريبا، مع درجات حرارة متزايدة من قبل أكثر من 40 درجة مئوية. ومن الواضح أن الامتصاصية plasmonic كل من الجسيمات النانوية أنواع قادرة على تنبيغ الضوء إلى حرارة بشكل فعال جدا، ولكن _{والحديد} 2 _يا 3 -Au تفعل ذلك مع تركيز أقل بكثير من الاتحاد الافريقي، كما نوقش أعلاه. ومن ناحية أخرى، فإن DI H _{2 O} التجربة تظهر أي تغيير في درجة الحرارة، مما يدل على أن ارتفاع درجات الحرارة في الحلول جسيمات متناهية الصغر هو فقط ويرجع ذلك إلى تبديد الطاقة الكهرومغناطيسية استيعابها في النانوية. ويصف ΔT في الشكل 6A على درجة حرارة التغيير الأكبره، ودرجات الحرارة في المنطقة المشع وبالقرب من أسطح جسيمات متناهية الصغر يمكن أن يكون أعلى من ذلك بكثير. ¹³ التغير في كتلة الحل، Δm، الذي ينشأ من توليد البخار هو مؤشر واحد من هذه ارتفاع درجات الحرارة. الشكل 6B المؤامرات Δm مقابل الوقت ل الهجين _الحديد 2 _يا 3 النانوية -Au وDI H _{2 O.} Δm من أجل حل جسيمات متناهية الصغر هو أكبر بكثير من معدل التبخر الخلفية، مما يدل بما فيه الكفاية درجة حرارة سطح عالية لتوليد البخار بمعدل كبير.

الشكل 1. تخطيطي لإعداد التدفئة الليزر. يتم وضع كوفيت على نطاق ميكروجرام ومضيئة من شعاع الليزر من فوق. اثنين من الأشعة تحت الحمراء الحرارية قياس درجة حرارة كفيت والمحيطة، على التوالي. تتم مزامنة جميع القياسات وتسجيلها في collecti البياناتعلى البرنامج. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. الممثل الشكل EDX طيف الهجين _الحديد 2 _يا 3 -Au النانوية. المحور الإحداثي السيني يتوافق مع الطاقة ومحور تنسيق يتوافق مع عدد من التهم الموجهة إليه. وقد وصفت قمم مع العنصر المطابق. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3. صورة SEM من الهجين _الحديد 2 _يا 3 -Au النانوية. وتأ إيه والمناطق الداكنة هي _الحديد 2 _يا 3 الجسيمات، التي زينت مع أصغر أكثر إشراقا النانوية الاتحاد الافريقي. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4. خصائص بصرية. (A) الأشعة فوق البنفسجية تجاه الامتصاصية أطياف الهجين _الحديد 2 _يا 3 -Au النانوية، والتي تبين واسع الامتصاصية الضوء المرئي من _الحديد 2 _يا 3 وذروة plasmonic يعزى إلى النانوية الاتحاد الافريقي قرب 530 نانومتر. (ب) والأشعة فوق البنفسجية تجاه الامتصاصية أطياف الحل المتفاعلة في أوقات مختلفة أثناء عملية التفاعل، والتي تبين الامتصاصية LSPR الناشئة عن تشكيل AuNP في الحل وعلى _الحديد 2 _يا 3 النانوية.كوم / ملفات / ftp_upload / 53598 / 53598fig4large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5. الخواص المغناطيسية صور من الاتحاد الافريقي _الحديد 2 _يا 3 النانوية؛ (A) تفرقوا في محلول مائي. (ب) التلاعب المغناطيسي (الوقت = 0 ثانية). (C) التلاعب المغناطيسي (الوقت = 2 دقيقة)؛ (D) المغناطيس إزالة. (E) الاتحاد الافريقي _الحديد 2 _يا 3 النانوية التالية التلاعب المغناطيسي، وتبين أنه يمكن بسهولة إعادة تفرقوا في محلول مائي. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم التجارب 6. ضوئي؛ ضوحراري. المؤامرات يبين التغيير (A) في درجة حرارة المحلول، ΔT، و (ب) فقدان الكتلة، Δm، وظائف من الزمن. تحت إضاءة ليزر، النانوية (الأسود والمنحنيات الحمراء) تولد ΔT كبير والقيم Δm التي هي أكبر بكثير من تلك التي تحدث للالنقي DI H _{2 O} في ظل ظروف مماثلة (المنحنى الأزرق). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم .

Discussion

استخدام جزيئات الذهب الانضباطي بصريا للدراسات ارتفاع الحرارة هو خيارا جذابا لأنها تستفيد من التدفئة plasmonic من جزيئات الذهب ضبطها لتمتص الضوء بقوة في المنطقة VIS-الجرد الوطني. تم فحص دراسات التدفئة plasmonic هو موضح هنا باستخدام مختبر إعداد ومتاحة تجاريا الحديد النانوية أكسيد الذهب المختلطة. إحدى الطرق الأكثر استخداما على نطاق واسع لتصنيع جزيئات الذهب nanospherical الغروية ينطوي على خفض حمض chloroauric (HAuCl ₄₎ إلى الذهب محايد الاتحاد الافريقي (0) من خلال الحد من وكلاء، مثل سترات الصوديوم، بوروهيدريد الصوديوم، الخ ^15،16 توليف جزيئات الذهب النانوية على أكسيد الحديد واضح ومباشر. واحد يمكن بسهولة التحكم في حجم الاتحاد الافريقي المعادن، والشكل، والتحميل عن طريق تغيير المعلمات التجريبية، على سبيل المثال، تركيزات المواد المتفاعلة، والحد من وكلاء، والسطحي، وما إلى ذلك ¹⁷ هذا النهج غلة السيطرة التامة على الاتحاد الافريقي nanoparticlأبعاد الإلكترونية وموحد تحميل جسيمات متناهية الصغر على _الحديد 2 _يا 3. المعادن الثمينة الأخرى كما يمكن بواسطة هذا الإجراء، بما في ذلك حج، وحزب العمال، والمشتريات إعداد ¹⁸ ميزة واضحة من هذا الإجراء هو أن الإجراء رد فعل يمكن القيام به في الهواء أو الماء، و، من حيث المبدأ، غير قابلة للتصعيد. استخدام المواد النانوية التجارية و / أو إجراءات كيميائية قابلة الرطب مثالية لتطبيقات العلاج على نطاق واسع أو التطبيقات البيولوجية لأن تكون هذه المواد متاحة بسهولة وأكثر اقتصادا من المواد والإجراءات تصنيعه حسب الطلب. التعديلات سطح هذه النانو المعدنية هي أيضا ذات أهمية في المجتمع العلمي. وهناك عدد من العضوية (السطحي، التجولات bifunctional، والبوليمرات، والأحماض الأمينية والبروتينات والحمض النووي) والمواد غير العضوية (السيليكا والمعادن الأخرى، وأكاسيد المعادن، الخ) ¹⁹ يمكن زيادة تحميل أو functionalized على هذه السطوح لخلق المواد بمركب متناهي في الصغر مع مختلف تصاميم، وهندستها،التراكيب وقدرات متعددة المهام، لاستهداف البيولوجي، تسليم المخدرات، الاستشعار عن بعد، والتصوير، والتطبيقات البيئية، الخ

بالإضافة إلى ذلك، تقنية ضوئي؛ ضوحراري الموصوفة هنا هي مناسبة تماما لوصف خصائص plasmonic من مواد مختلفة، مثل درجة الحرارة السائبة والقياسات الجماعية هي سهلة نسبيا لأداء باستخدام المعدات المتاحة بسهولة. سهولة إعداد العينات وقياس هو ميزة واضحة على تقنيات plasmonic / التطبيقات الأخرى. على سبيل المثال، تقنيات مثل سطح تعزيز التحليل الطيفي رامان وLSPR استشعار حساسة للغاية لإعداد كل من الركيزة والهدف، ^20،21 مما يجعل التكرار والمقارنة بين عينات أكثر تحديا. عيب واحد من الممكن القياسات ضوئي؛ ضوحراري المذكورة أعلاه هو أن يتم قياس درجة الحرارة على نطاق وبالجملة وليس على سطح جسيمات متناهية الصغر حيث transduced الحرارة. هناك الحراريةتقنيات التناظر التي يمكن أن توفر هذه المعلومات درجة الحرارة المحلية، ^22-24 ولكن هذه تحتاج إلى إعداد نموذج أكثر تعقيدا، مما يجعلها أكثر تحديا لتنفيذها. وأخيرا، فإن القياسات الموضحة هنا يمكن بسهولة جنبا إلى جنب مع تقنيات أخرى (على سبيل المثال، وتدهور ضوئي) ⁹ لتقييم آثار ضوئي؛ ضوحراري على العمليات المختلفة.

باختصار، لقد وصفنا تركيب الهجين _الحديد 2 _يا 3 -Au النانوية الحلول وتوصيف ضوئي؛ ضوحراري بهم. حتى مع وجود تركيز 20 × أصغر من الاتحاد الافريقي، هذه الجسيمات النانوية _الحديد 2 _يا 3 -Au قادرة على photothermally حلول مائي الحرارة بكفاءة كما AuNPs، مما يدل على مزايا المواد المختلطة. وعلاوة على ذلك، وهياكل هجينة تحتفظ خصائص كل المواد، وخلق بنية متعددة الوظائف مع الخصائص المغناطيسية وplasmonic. هذه الهياكل هي مثيرة للاهتمام التطبيقات الطبية الحيوية،يمكن تصوره ⁸ ولكن العديد من استخدامات إضافية.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Gold(III) chloride trihydrate	Sigma-Aldrich	520918	≥99.9% trace metals basis
Iron(III) oxide	Sigma-Aldrich	544884	nanopowder, <50 nm particle size (BET)
Sodium citrate tribasic dihydrate	Sigma-Aldrich	S4641	ACS reagent, ≥99.0%
SEM	Hitachi	S8200
TEM	Hitachi	H95000
EDX	Oxford Instruments	SDD - X-Max
DLS	Brookhaven Instruments	NanoBrook Omni
ICP-MS	Agilent	7500s
UV-Vis-NIR spectrometer	Tec5 MultiSpec
Laser, λ = 532 nm	Del Mar Photonics	DMPV-532-1
Microgram Balance	Mettler Toledo	XP205
Infrared Thermocouples	Omega Engineering	OS801-HT