A Nonlinear Optical Approach to Patchy Particles

斑块粒子的非线性光学方法

基本信息

项目摘要

TECHNICAL SUMMARY:This program, supported by the Solid State and Materials Chemistry program, aims to demonstrate a new class of "patchy particles", particles where the surface is patterned with discrete interaction sites that attract or repel complementary sites on other particles - for the purposes of guiding the self-assembly of complex structures with high precision and yield. The technique is optical in nature and relies on the propensity of the plasmonic resonances in metal nanoparticles to concentrate incident light into very small volumes where the electromagnetic field is greatly enhanced. These volumes, known as ?hotspots?, are located at sharp corner or narrow gaps on or between particles. The project will use photoreactive linkers to guide additional particles to bind exclusively at the hotspots so that colloidal molecules can be fabricated in a manner analogous to conventional chemistry, but with nanoparticles instead of atoms. Two simple examples of such structures are a dumbbell shape where two spherical particles are attached to each end of a central rod-shaped particle and a triangular prism where a sphere is attached at each corner. Since the method can be used iteratively, significantly more complex structures, such as branched chains or dendrites, are also possible. Because of the large and rapidly growing variety of silver and gold nanoparticles that can be fabricated, and the numerous types of available photoreactive compounds , this project would represent a significant increase in the number and variety of structures that are feasible within the patchy particle self-assembly paradigm.NON-TECHNICAL SUMMARY:It is now possible to create particles and structures at the nanometer scale with a great deal of variety and precision. The next great challenge is to assemble these building blocks into more complex ordered structures combining different geometries and materials. This project develops an enabling new method using nanoparticles made of silver and gold as the central building blocks. Its success will have implications both for fundamental science and for applied fields such as biomedicine and nanoelectronics, and will therefore help maintain American leadership is these technologically and economically important fields. The project will also help educate the next generation of Ph.D. level workers ready to take leadership positions in interdisciplinary projects at the forefront of science and engineering.
技术摘要:该程序在固态和材料化学计划的支持下,旨在展示一类新的“斑点粒子”,即表面上,表面上有离散的互动位点图案,这些互动位点吸引或排斥其他颗粒上的互补位点 - 为了指导具有高精度和产量的复杂结构的自组件。该技术本质上是光学的,并且依赖于金属纳米颗粒中等离激元共振的倾向,以将入射光浓缩到非常小的电磁场,从而大大增强了电磁场。这些量被称为“热点?”,位于颗粒上或粒子之间的尖锐角或狭窄的间隙。该项目将使用光电反应性接头指导其他颗粒以在热点处结合,以便可以以类似于常规化学的方式制造胶体分子,但使用纳米颗粒而不是原子来制造胶体分子。这种结构的两个简单示例是哑铃形状,其中两个球形颗粒附着在中央棒状粒子的每个端和一个三角形棱镜上,每个角都附着一个球。由于该方法可以在迭代上使用,因此也可以使用明显更复杂的结构,例如分支链或树突。由于可以制造的各种银和金纳米颗粒的种类繁多,而且可用的光电反应性化合物的多种类型,因此该项目将大大增加,这些结构的数量和种类的数量和种类繁多,这些结构的数量和种类可在斑点的粒子自组装态度中可行,现在可以在nan nan sprip的粒子和结构中进行粒子和结构,并在nan nan smore上创建粒子尺度,并在nan nan sport中创建一个很大的变化。下一个巨大的挑战是将这些构建块组装成更复杂的有序结构,结合了不同的几何形状和材料。该项目使用由银和黄金制成的纳米颗粒作为中央构建块开发了一种新方法。它的成功将对基本科学和应用领域(例如生物医学和纳米电子学)产生影响,因此将有助于维持美国的领导才能是这些在技术上和经济上重要的领域。该项目还将帮助教育下一代博士学位。级别的工人准备在科学和工程的最前沿跨学科项目中担任领导职务。

项目成果

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