Наноматериаловедение оперирует, как нетрудно догадаться, нанометрами — одной миллиардной частью метра, или чем-то вроде 1/50 000 толщины человеческого волоса. Материалы, включая золото, структурированные на этом ничтожном уровне, обладают целым букетом необычных и вместе с тем важных химических и физических свойств, нехарактерных для их макроразмерных воплощений.

Учёные из Университета Монаша (Австралия) применили необычный подход к созданию наноструктур методом «снизу вверх» (или «от простого к сложному»), используя для конструирования золотые наночастицы. Результатом стали золотые наноструктуры с выдающимися качествами. Они вполне могут лечь в основу сенсоров, ведущих мониторинг окружающей среды — следящих за химическими и биологическими загрязнениями.

По словам разработчиков,

их наноструктуры по меньшей мере в 36 раз более чувствительны, чем доступные сегодня аналоги. Кроме того, золотые наночастицы могут взаимодействовать со светом, генерируя плазмоны, которые значительно увеличивают эффективность солнечных батарей (а также усиливают сигнал в спектроскопии комбинационного рассеяния).

Рис. 1. Самосборка вертикально ориентированных золотых наностержней с использованием конвективных и капиллярных сил на подготовленной литографией подложке (илл. Wiley-VCH).

Есть две основные стратегии создания объёмных наноструктур. Традиционный метод «сверху вниз» заключается в создании наноразмерных элементов из объёма макросубстрата (примером может служить «травление вглубь» матрицы, или нанолитография); суть другой технологии — «снизу вверх» — в использовании предварительно синтезированных наночастиц (сферических, цилиндрических, любых) для построения более объёмных структур (например, с помощью просвечивающего электронного микроскопа, о чём см. здесь).

По мнению австралийских материаловедов,

только метод «снизу вверх» позволяет добиться необходимого уровня свободы, дающего максимальный контроль над расположением наночастиц.

Но для полного раскрытия его потенциала нужны соответствующие технические методы: кому интересен нереализованный потенциал? Необходимо иметь возможность интегрировать наночастицы в уже существующие структуры, а также упорядочивать наноразмерные «строительные» блоки относительно друг друга (конструктор Lego в «наноатюре»).

В своём исследовании учёные предприняли попытку разработать технику самосборки вертикально ориентированных золотых наностержней с использованием конвективных и капиллярных сил на подготовленной литографией подложке (где в квадратно-гнездовом порядке были «пробиты» углубления для заполнения наночастицами). В результате получены наборы плотно упакованных структур, состоящих из многих наностержней (см. иллюстрацию). В соответствии с недавно опубликованной исследователями из Hewlett-Packard статьёй, это то, что нужно для создания высокочувствительных SERS-сенсоров — основы спектроскопии комбинационного рассеяния с поверхностным усилением (SERS).

Подробнее о результатах исследования читайте в журнале Angewandte Chemie.