米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）电子与光子技术研究部[Masahiko Mori，研究部负责人]分子集成器件组研究员 Yuho Raku，研究组组长 Yasuo Norikuka 是一种由琥珀酸衍生物通过自组装形成的有机化合物双层膜模板。
金颗粒（金纳米材料）用于导电材料、太阳能电池、传感器探针、催化剂等，通常通过还原金离子溶液而获得。然而，由于金纳米材料的尺寸和形状的均匀性以及晶体生长的方向难以控制，传统的生产方法需要漫长而复杂的反应，导致成本较高且对环境影响较大。这次，琥珀酸的导数可以在短时间内还原金离子，并且该化合物形成的双层膜可以作为模板来控制金纳米材料的晶体生长方向。利用此次开发的方法，可以合成厚度约为数十纳米（nm）、宽度约为6微米（μm）的片状金纳米材料的聚集体（金纳米片）。这种金纳米片聚集体柔软且易于成型，即使在获得的状态下也表现出导电性，但通过压缩其导电性显着提高。这一成就为高速制造方法打开了大门，可以控制金纳米材料的尺寸、形状均匀性和晶体生长方向。
这项研究结果将于2020年1月29日（英国标准时间）发表在英国科学杂志《自然通讯》上。
 |
| 利用琥珀酸衍生物形成的双层膜一步反应合成金纳米材料 |
金纳米材料呈现出取决于其尺寸的特征颜色，并且自古以来就被用于彩色玻璃和其他应用。近年来，它有望在导电材料、太阳能电池、药品、检测病原体的传感器探针、催化剂等领域得到广泛应用。
金纳米材料通常是通过在含有金离子的溶液中添加还原剂来还原金离子来生产的。然而，由于金纳米材料的尺寸、形状均匀性和晶体生长方向难以控制，过去一直采用复杂的方法，导致成本和环境负担较高。例如，为了使金纳米材料良好分散并保持其形状，需要添加分散剂和保护剂等添加剂，并采用长期、多步反应和离心纯化等复杂方法。另外，硼氢化钠(NaBH4)，通常使用有机溶剂等有害物质作为溶剂。因此，我们面临的挑战是开发一种更简单、更环保、更节能、并且能够控制粒径和形状的金纳米材料的生产方法。
AIST一直在推动包括电子材料在内的应用技术的发展，以实现电子和制造工艺领域的技术创新。在此背景下，我们一直致力于利用有机分子自组装的新材料和新工艺的研究和开发。这次，我们致力于使用由琥珀酸衍生物（一种有机化合物）形成的双层膜作为模板来制造金纳米材料。
这次，我们发现琥珀酸衍生物作为金离子的还原剂和所生产的金纳米材料的分散剂，并且该化合物形成的双层膜作为模板，在二维上控制金纳米材料的晶体生长方向，生产出片状金纳米材料（金纳米片）。只需在适当的温度下混合金离子溶液和琥珀酸衍生物溶液即可生成金纳米片（图 1）。例如，当金离子水溶液（四氯金（III）酸，2mmol/L）和琥珀酸衍生物十二烯基琥珀酸（DSA）水溶液（约03mol/L）混合并保持在53℃时，溶液的颜色开始变化，约15分钟后，出现源自金纳米材料的特征颜色（酒红色）。约15小时后，得到如图2a所示的金纳米片。传统的微细金颗粒的合成方法通常需要约5至12小时的反应时间，但该方法使得在短时间内合成成为可能。该方法仅使用除金离子之外的一种试剂，并且由于反应不需要在水中搅拌，因此比传统方法对环境的影响更低。
 |
| 图1 以十二烯基琥珀酸形成的双层膜为模板生长金纳米片示意图 |
图2a显示了所获得的金纳米片的扫描电子显微照片。金纳米片具有约10纳米(nm)的厚度和约6微米(μm)的宽度。当测量X射线衍射时，主要观察到源自金(111)面的衍射峰，证实金纳米材料是在(111)面取向的单晶的聚集体。 （图2b）。此外，当使用能量色散X射线分析对这些颗粒进行元素分析时，除了金之外还检测到碳和氧（图2c），这表明源自琥珀酸衍生物的有机分子附着在金纳米片的表面并充当分散剂。
 |
图2 获得的金纳米片
使用(a)扫描电子显微镜、(b)X射线衍射、(c)能量色散X射线分析进行观察
Au：金，C：碳，O：氧 |
所得的金纳米片聚集体很软，即使在室温下用手指按压也会变形。此外，它可以通过模具压制成型，从而可以创建微米级的凹凸图案（图3a）。另外，通过将该成形体加热至250℃以上，可以除去附着在金纳米片表面的有机物，从而得到纯度更高的金成形体。这样，金纳米片的聚集体就可以像粘土一样成型，金粘土
金纳米片的聚集体即使在获得的状态下也具有导电性，但在压缩时其导电性显着提高（图 3c），这可用于将其应用于导电浆料和油墨。例如，电阻率最初约为 5x10-5Ω·m，但由于压缩 3x10-7Ω减小至m。这是块状金的电阻率 (24x10-8Ω·m)。这是因为颗粒之间的间隙因压缩而消失（图 3b）。
 |
| 图3（a）在室温下通过压花成型金纳米片聚集体，（b）压花前后金纳米片聚集体的扫描电子显微镜图像，（c）压缩金纳米片时电阻率的变化 |
未来，我们将继续开发金纳米片的应用。此外，我们还将致力于开发一种生产尺寸分布更均匀的金纳米片的方法，以及一种轻松生产任意形状的金纳米材料的方法。