Nanocluster

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

Nanoclusters are atomically precise, crystalline materials most often existing on the 0–2 nanometer scale. They are often considered kinetically stable intermediates that form during the synthesis of comparatively larger materials such as semiconductor and metallic nanocrystals. The majority of research conducted to study nanoclusters has focused on characterizing their crystal structures and understanding their role in the nucleation and growth mechanisms of larger materials.

Materials can be categorized into three different regimes, namely bulk, nanoparticles and nanoclusters. Bulk metals are electrical conductors and good optical reflectors and metal nanoparticles display intense colors due to surface plasmonresonance.[1] However, when the size of metal nanoclusters is further reduced to form a nanocluster, the band structure becomes discontinuous and breaks down into discrete energy levels, somewhat similar to the energy levels of molecules.[2][1][3][4][5] This gives nanoclusters similar qualities as a singular molecule[6] and does not exhibit plasmonic behavior; nanoclusters are known as the bridging link between atoms and nanoparticles.[7][2][1][3][4][5][8][9][10][11][12] Nanoclusters may also be referred to as molecular nanoparticles.[13]

History of nanoclusters

The formation of stable nanoclusters such as Buckminsterfullerene (C60) has been suggested to have occurred during the early universe.[14][8]

In retrospect, the first nanoclustered ions discovered were the Zintl phases, intermetallics studied in the 1930s.

تعود أولى التجارب التي هدفت إلى تكوين التجمعات النانوية بشكل واعٍ إلى خمسينيات وستينيات القرن العشرين. [ 8 ] خلال هذه الفترة، تم إنتاج التجمعات النانوية من حزم جزيئية مكثفة عند درجات حرارة منخفضة باستخدام التمدد فوق الصوتي. وقد أتاح تطوير تقنية التبخير بالليزر إمكانية إنشاء تجمعات نانوية لغالبية عناصر الجدول الدوري. ومنذ ثمانينيات القرن العشرين، بُذلت جهودٌ جبارة في مجال التجمعات النانوية لعناصر أشباه الموصلات ، والتجمعات المركبة، والتجمعات النانوية للمعادن الانتقالية . [ 8 ]

تحتوي التجمعات المعدنية دون النانومترية عادةً على أقل من 10 ذرات، ويبلغ حجمها أقل من نانومتر واحد. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

حجم وعدد الذرات في التجمعات النانوية المعدنية

بحسب عالم الفيزياء الرياضية الياباني ريوغو كوبو ، يمكن التنبؤ بتباعد مستويات الطاقة من خلال

دلتا=هـFشمال{\displaystyle \delta ={\frac {E_{\rm {F}}}{N}}}

حيث EF هي طاقة فيرمي و N هو عدد الذرات. بالنسبة للحصر الكمومي، يمكن تقدير δ لتكون مساوية للطاقة الحرارية ( δ = kT )، حيث k هو ثابت بولتزمان و T هي درجة الحرارة. [ 20 ] [ 21 ]

استقرار

ليست جميع التجمعات مستقرة. يعتمد استقرار التجمعات النانوية على عدد الذرات فيها، وعدد إلكترونات التكافؤ ، والهياكل المحيطة بها. [ 22 ] في تسعينيات القرن الماضي، استخدم هير وزملاؤه التمدد فوق الصوتي لمصدر تجمعات ذرية في الفراغ بوجود غاز خامل ، وأنتجوا حزمًا من التجمعات الذرية. [ 21 ] اكتشف فريق هير، بالإضافة إلى براك وآخرين، أن كتلًا معينة من التجمعات النانوية المعدنية المتكونة كانت مستقرة، وتُشبه التجمعات السحرية. [ 23 ] يتوافق عدد الذرات أو حجم نواة هذه التجمعات السحرية مع اكتمال الأغلفة الذرية. كما أظهرت بعض التجمعات المُثيولة، مثل Au25(SR)18 و Au38 ( SR ) 24 و Au102 ( SR) 44 و Au144 (SR) 60 ، استقرارًا مماثلًا . [ 3 ] فسّر هاكينين وآخرون هذا الاستقرار بنظرية مفادها أن التجمع النانوي يكون مستقرًا إذا كان عدد إلكترونات التكافؤ يتوافق مع إغلاق غلاف المدارات الذرية كما يلي : (1S² ، 1P⁶ ، 1D¹⁰ ، 2S² ، 1F¹⁴ ، 2P⁶ ، 1G¹⁸ ، 2D¹⁰ ، 3S² ، 1H²⁲ ، ... ) . [ 24 ] [ 25 ]

التخليق والتثبيت

وسط الحالة الصلبة

يمكن استخدام الحزم الجزيئية لإنتاج حزم من التجمعات النانوية لأي عنصر تقريبًا. ويمكن تصنيعها في فراغ عالٍ باستخدام تقنيات الحزم الجزيئية المقترنة بمطياف الكتلة لاختيار الكتلة وفصلها وتحليلها. وأخيرًا، يتم الكشف عنها باستخدام أجهزة الكشف. [ 26 ]

مصادر التجمعات

تُستخدم الفوهات فوق الصوتية المُلقّحة في الغالب لإنتاج تجمعات من المعادن ذات درجة الغليان المنخفضة . في هذه الطريقة، يُبخر المعدن في فرن ساخن، ثم يُخلط بخار المعدن مع غاز حامل خامل (يُلقّح). يُقذف خليط البخار إلى غرفة مفرغة عبر فتحة صغيرة، مُنتجًا حزمة جزيئية فوق صوتية . يستمر التمدد في الفراغ، مُبردًا البخار تبريدًا أديباتيًا . يصبح بخار المعدن المُبرد فوق مُشبع ، مُتكثفًا على شكل تجمعات.

تُستخدم عملية تجميع الغاز في الغالب لتصنيع تجمعات كبيرة من الجسيمات النانوية. يتم تبخير المعدن وإدخاله في تيار من الغاز الخامل البارد، مما يؤدي إلى تشبع البخار بدرجة عالية. ونظرًا لانخفاض درجة حرارة الغاز الخامل، تتم عملية إنتاج التجمعات بشكل أساسي عن طريق إضافة ذرات منفردة متتالية.

يمكن استخدام مصدر تبخير الليزر لإنشاء تجمعات بأحجام وأقطاب مختلفة. يُستخدم ليزر نبضي لتبخير قضيب معدني مستهدف، ويُحرّك القضيب بشكل حلزوني لتبخير منطقة جديدة في كل مرة. يُبرّد بخار المعدن المتبخر باستخدام غاز الهيليوم البارد ، مما يؤدي إلى تكوين التجمعات.

التبخير الأيوني العنقودي بالقوس النبضي يشبه التبخير بالليزر، ولكن يتم استخدام تفريغ كهربائي مكثف لتبخير المعدن المستهدف.

يُنتج مصدر التذرية الأيونية حزمةً كثيفةً ومستمرةً من تجمعات معدنية صغيرة أحادية التأين. تُنتَج حزم أيونات التجمعات بقذف السطح بأيونات غاز خامل عالية الطاقة ( مثل الكريبتون والزينون ). ولا تزال عملية إنتاج التجمعات غير مفهومة تمامًا.

مصدر أيونات المعدن السائل: في هذا المصدر، تُبلل إبرة بالمعدن المراد دراسته. يُسخن المعدن فوق درجة انصهاره، ويُطبق فرق جهد كهربائي. يُحدث مجال كهربائي شديد عند طرف الإبرة رذاذًا من قطرات صغيرة. تخضع هذه القطرات، الساخنة جدًا في البداية والمتأينة عدة مرات، للتبريد التبخيري والانشطار إلى تجمعات أصغر.

محلل الكتلة

في مرشح واين ، يتم فصل الكتل باستخدام مجالين كهربائي ومغناطيسي متجانسين متعامدين على حزمة العناقيد المتأينة. تنعدم القوة المحصلة المؤثرة على عنقود مشحون بكتلة M وشحنة Q وسرعة v إذا كانت E = Bv / c . تُسرّع أيونات العنقود بجهد V إلى طاقة QV . عند مرورها عبر المرشح، لا تنحرف العناقيد التي تكون فيها M / Q = 2V / ( Ec / B ). تُنتقى أيونات هذه العناقيد غير المنحرفة باستخدام مُجمِّعات موضوعة في مواقع مناسبة .

مرشح الكتلة رباعي الأقطاب: يعمل مرشح الكتلة رباعي الأقطاب على مبدأ استقرار مسارات الأيونات في مجال رباعي الأقطاب ثنائي الأبعاد إذا كان للمجال مركبة تيار متردد متراكبة على مركبة تيار مستمر بسعات وترددات مناسبة . وهو مسؤول عن ترشيح أيونات العينة بناءً على نسبة كتلتها إلى شحنتها .

مطيافية زمن الطيران: تتكون مطيافية زمن الطيران من مدفع أيوني ، وحيز انجراف خالٍ من المجال، ومصدر لتجمعات الأيونات. تُؤيَّن التجمعات المتعادلة، عادةً باستخدام ليزر نبضي أو حزمة إلكترونية . يُسرِّع المدفع الأيوني الأيونات التي تمر عبر حيز الانجراف الخالي من المجال (أنبوب الطيران) وتصطدم في النهاية بكاشف أيوني. عادةً ما يسجل راسم الإشارة وقت وصول الأيونات. تُحسب الكتلة من زمن الطيران المقاس .

في طريقة كروماتوغرافيا الحزمة الجزيئية ، تُنتقى أيونات العناقيد المُنتجة في مصدر عناقيد مُبخر بالليزر حسب كتلتها، ثم تُدخل في أنبوب انجراف طويل مملوء بغاز خامل مزود بفتحة دخول وفتحة خروج. ونظرًا لأن حركة العناقيد تعتمد على معدل تصادمها مع الغاز الخامل ، فإنها تتأثر بشكلها وحجمها.

الوسط المائي

بشكل عام، تُصنّع التجمعات النانوية المعدنية في وسط مائي على مرحلتين: اختزال أيونات المعدن إلى حالة التكافؤ الصفري، وتثبيت التجمعات النانوية. فبدون التثبيت، تتفاعل التجمعات النانوية المعدنية بقوة مع بعضها البعض وتتجمع بشكل لا رجعة فيه لتشكيل جزيئات أكبر.

تخفيض

هناك عدة طرق تم الإبلاغ عنها لاختزال أيون الفضة إلى ذرات فضة ذات تكافؤ صفري:

  • الاختزال الكيميائي: يمكن للمواد المختزلة الكيميائية اختزال أيونات الفضة إلى تجمعات نانوية فضية. ومن أمثلة هذه المواد بوروهيدريد الصوديوم (NaBH₄ ) وهيبوفوسفيت الصوديوم (NaPO₄ · 2H₂ · H₂O ). فعلى سبيل المثال، قام ديكسون وفريقه البحثي بتخليق تجمعات نانوية فضية في الحمض النووي باستخدام بوروهيدريد الصوديوم. [ 10 ] [ 9 ]
  • يمكن أيضًا اختزال تجمعات الفضة النانوية كهروكيميائيًا باستخدام عوامل الاختزال في وجود عوامل مثبتة مثل دوديكانثيول وتترا بوتيل أمونيوم . [ 12 ]
  • يمكن إنتاج تجمعات الفضة النانوية بتقنية الاختزال الضوئي باستخدام الأشعة فوق البنفسجية أو الضوء المرئي أو الأشعة تحت الحمراء. تتميز هذه التقنية بعدة مزايا، منها تجنب إدخال الشوائب، وسرعة التخليق، والتحكم في عملية الاختزال . فعلى سبيل المثال، استخدم دياز وزملاؤه الضوء المرئي لاختزال أيونات الفضة إلى تجمعات نانوية بوجود بوليمر PMAA. كما أنتج كونوار وزملاؤه تجمعات الفضة النانوية باستخدام الأشعة تحت الحمراء . [ 27 ] [ 2 ]
  • تتشكل تجمعات الفضة النانوية أيضًا عن طريق اختزال أيونات الفضة بأشعة غاما أو الموجات الدقيقة أو الموجات فوق الصوتية . على سبيل المثال، تتشكل تجمعات الفضة النانوية بتقنية اختزال غاما في محاليل مائية تحتوي على بولي أكريلات الصوديوم أو بولي أكريلاميد مكربوكسيلي جزئيًا أو حمض الجلوتاريك . وقد حضّرت لينجا لي تجمعات فضة نانوية فلورية في بولي أكريلاميد (PMAA) باستخدام الموجات الدقيقة، والتي تتميز عادةً بانبعاث لون أحمر. وبالمثل، قام سوسليك وآخرون بتخليق تجمعات فضة نانوية باستخدام الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة في وجود بوليمر PMAA. [ 2 ] [ 11 ]

التثبيت

تُستخدم جزيئات الغاز المبردة كدعامات لتخليق التجمعات النانوية في الحالة الصلبة. [ 4 ] في الوسط المائي، توجد طريقتان شائعتان لتثبيت التجمعات النانوية: التثبيت الكهروستاتيكي (الشحنة، أو غير العضوي) والتثبيت الفراغي (العضوي). يحدث التثبيت الكهروستاتيكي عن طريق امتزاز الأيونات على سطح المعدن، الذي غالبًا ما يكون محبًا للإلكترونات ، مما يُنشئ طبقة كهربائية مزدوجة . وبالتالي، فإن قوة التنافر الكولومبي هذه بين الجسيمات الفردية لا تسمح لها بالتدفق بحرية دون تكتل. أما في التثبيت الفراغي، فيُحاط مركز المعدن بطبقات من مادة كبيرة الحجم. توفر هذه المواد الممتزة الكبيرة حاجزًا فراغيًا يمنع التلامس الوثيق بين مراكز جسيمات المعدن. [ 2 ]

تُعدّ جزيئات الثيول الصغيرة من أكثر المثبتات شيوعًا في تصنيع الجسيمات النانوية المعدنية، وذلك بفضل التفاعل القوي بين الثيول والذهب والفضة. وقد ثبت أن الجلوتاثيون مُثبت ممتاز لتصنيع تجمعات نانوية من الذهب ذات إضاءة مرئية، وذلك عن طريق اختزال أيونات الذهب الثلاثية (Au³⁺ ) في وجود الجلوتاثيون باستخدام بوروهيدريد الصوديوم (NaBH₄ ) . كما تُستخدم مركبات ثيولية أخرى، مثل ثيوبرونين ، و2-فينيل إيثانثيول، وألفا-سيكلودكسترين المُثيول ، وحمض 3-مركابتوبروبيونيك ، وحمض ثنائي هيدروليبويك ثنائي السن، في تصنيع التجمعات النانوية المعدنية. ويعتمد حجم التجمع النانوي وكفاءة إضاءته بشكل كبير على النسبة المولية للثيول إلى المعدن ؛ فكلما زادت هذه النسبة، صغر حجم التجمعات النانوية. يمكن إنتاج التجمعات النانوية المستقرة بالثيول باستخدام عوامل اختزال قوية ومتوسطة. تُنتج التجمعات النانوية المعدنية المُثَيَّلة في الغالب باستخدام عامل الاختزال القوي بوروهيدريد الصوديوم (NaBH₄ ) . كما يمكن تصنيع التجمعات النانوية الذهبية باستخدام عامل الاختزال المتوسط ​​رباعي (هيدروكسي ميثيل) فوسفونيوم (THPC). في هذه الحالة، يُستخدم ربيطة ثيولاتية ثنائية القطب ، وهي د- بنسيلامين (DPA)، كمثبت. علاوة على ذلك، يمكن إنتاج التجمعات النانوية عن طريق حفر الجسيمات النانوية الأكبر حجمًا باستخدام الثيولات. ويمكن استخدام الثيولات لحفر الجسيمات النانوية الأكبر حجمًا والمثبتة بعوامل تغليف أخرى.

تُستخدم المتفرعات الجزيئية كقوالب لتصنيع التجمعات النانوية. وقد تم بنجاح تصنيع تجمعات نانوية من الذهب مُدمجة في متفرع بولي (أميدوأمين) (PAMAM). يتكون PAMAM من جزيئات متفرعة بشكل متكرر من أجيال مختلفة. وتعتمد خصائص التألق الضوئي للتجمعات النانوية بشكل كبير على أنواع المتفرعات الجزيئية المستخدمة كقالب للتصنيع. تُظهر التجمعات النانوية المعدنية المُدمجة في قوالب مختلفة انبعاثًا أقصى عند أطوال موجية مختلفة . ويعود التغير في خاصية التألق الضوئي بشكل أساسي إلى تعديل السطح بواسطة عوامل التغطية . على الرغم من أن التجمعات النانوية من الذهب المُدمجة في PAMAM تُصدر ضوءًا أزرق، إلا أنه يمكن ضبط الطيف من منطقة الأشعة فوق البنفسجية إلى منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR)، كما يمكن تغيير التركيز النسبي لـ PAMAM/الذهب وجيل المتفرع الجزيئي. ويمكن تصنيع التجمعات النانوية من الذهب التي تُصدر ضوءًا أخضر عن طريق إضافة حمض المركابتونديكانويك (MUA) إلى محلول جسيمات الذهب النانوية الصغيرة المُحضر. تؤدي إضافة جزيئات الذهب النانوية المحملة بحمض الليبويك المختزل حديثًا (AuNC@DHLA) إلى تكوين جزيئات فلورية باعثة للضوء الأحمر . [ 2 ] [ 1 ]

تم تحديد البوليمرات الغنية بمجموعات حمض الكربوكسيل كقوالب واعدة لتصنيع تجمعات نانوية فضية عالية التألق وقابلة للذوبان في الماء. وقد تم بنجاح تصنيع تجمعات نانوية فضية متألقة على بولي (حمض الميثاكريليك) ، والهلاميات الدقيقة من بولي (N-أيزوبروبيل أكريلاميد-حمض الأكريليك-2-هيدروكسي إيثيل أكريلات)، وبوليمرات مشتركة من بولي جليسرول-بلوك-بولي ( حمض الأكريليك ) ، والإلكتروليتات المتعددة ، وبولي (حمض الميثاكريليك) (PMAA)، وغيرها. [ 5 ] كما تم تصنيع تجمعات نانوية ذهبية باستخدام قوالب من بولي إيثيلين إيمين (PEI) وبولي (N-فينيل بيروليدون) (PVP). وتعمل بولي أكريلات الخطية ، مثل بولي (حمض الميثاكريليك)، كدعامة ممتازة لتحضير تجمعات نانوية فضية في محلول مائي عن طريق الاختزال الضوئي . تتميز التجمعات النانوية المستقرة بواسطة حمض البولي ميثاكريليك بكفاءة كمية عالية ممتازة ، ويمكن نقلها إلى هياكل أو مذيبات أخرى، كما يمكنها استشعار البيئة المحيطة بها. [ 27 ] [ 2 ] [ 1 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 28 ] [ 29 ]

تُعدّ جزيئات الحمض النووي (DNA) والبروتينات والببتيدات، وخاصةً قليل النوكليوتيدات، قوالب ممتازة لتخليق التجمعات النانوية المعدنية. تتميز أيونات الفضة بألفة عالية لقواعد السيتوزين في الحمض النووي أحادي السلسلة، مما يجعل الحمض النووي مرشحًا واعدًا لتخليق تجمعات نانوية فضية صغيرة. يُمكن التحكم في استقرار وتألق هذه التجمعات النانوية من خلال عدد قواعد السيتوزين في الحلقة. كما استُخدمت الجزيئات الحيوية الكبيرة ، مثل الببتيدات والبروتينات ، كقوالب لتخليق تجمعات نانوية معدنية عالية التألق. بالمقارنة مع الببتيدات القصيرة، تمتلك البروتينات الكبيرة والمعقدة مواقع ارتباط وفيرة قادرة على الارتباط بأيونات المعادن واختزالها ، مما يوفر هياكل أفضل لتكوين التجمعات النانوية المعدنية الصغيرة باستخدام القوالب. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن دمج الوظيفة التحفيزية للإنزيمات مع خاصية التألق للتجمعات النانوية المعدنية في تجمع واحد، مما يُتيح بناء مجسات نانوية متعددة الوظائف. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 1 ] [ 10 ]

تُستخدم مواد غير عضوية ، مثل الزجاج والزيوليت، في تصنيع التجمعات النانوية المعدنية. ويتم تثبيت هذه التجمعات بشكل أساسي عن طريق تثبيتها ومنعها من التكتل لتكوين جسيمات نانوية أكبر. في البداية، يتم تحضير زجاج مُطعّم بأيونات معدنية، ثم يُفعّل هذا الزجاج المُطعّم بأيونات معدنية لتكوين تجمعات نانوية فلورية باستخدام أشعة الليزر. أما في الزيوليت، فيمكن تحميل المسام التي يبلغ حجمها أنغستروم بأيونات معدنية، ثم تُفعّل لاحقًا إما بالمعالجة الحرارية، أو الإثارة بالأشعة فوق البنفسجية، أو الإثارة ثنائية الفوتون. أثناء التفعيل، تتحد أيونات الفضة لتكوين التجمعات النانوية التي لا يمكنها النمو إلا إلى حجم قليل الوحدات نظرًا لأبعاد القفص المحدودة. [ 2 ] [ 30 ]

ملكيات

الخصائص المغناطيسية

معظم الذرات في التجمعات النانوية هي ذرات سطحية. لذا، من المتوقع أن يكون العزم المغناطيسي للذرة في التجمع أكبر من نظيره في المادة الصلبة. يساهم انخفاض التناسق، وانخفاض الأبعاد، وزيادة المسافة بين الذرات في التجمعات المعدنية في تعزيز العزم المغناطيسي في التجمعات النانوية. كما تُظهر التجمعات النانوية المعدنية تغيرًا في الخصائص المغناطيسية. على سبيل المثال، يكون الفاناديوم والروديوم بارامغناطيسيين في الحالة الصلبة، لكنهما يصبحان فيرومغناطيسيين في التجمعات النانوية. كذلك، يكون المنغنيز مضادًا للمغناطيسية في الحالة الصلبة ، لكنه يصبح فيرومغناطيسيًا في التجمعات النانوية. يُعد التجمع النانوي الصغير مغناطيسًا نانويًا ، ويمكن جعله غير مغناطيسي ببساطة عن طريق تغيير بنيته. لذا، يمكن أن تُشكل هذه التجمعات أساسًا لمفتاح مغناطيسي نانوي. [ 3 ] [ 8 ]

خصائص التفاعل

تُعدّ النسبة الكبيرة بين مساحة السطح والحجم، وانخفاض عدد ذرات السطح، من الأسباب الرئيسية للتفاعلية الفريدة للتجمعات النانوية. ولذلك، تُستخدم التجمعات النانوية على نطاق واسع كمحفزات. [ 11 ] تُعدّ التجمعات النانوية الذهبية مثالًا ممتازًا على المحفزات . فبينما يكون الذهب الخامل خاملًا كيميائيًا ، يصبح شديد التفاعل عند تصغيره إلى مقياس النانومتر. ومن الخصائص التي تُحدد تفاعلية التجمعات النانوية الألفة الإلكترونية . يتميز الكلور بأعلى ألفة إلكترونية بين جميع المواد في الجدول الدوري . يمكن أن تتمتع التجمعات النانوية بألفة إلكترونية عالية، وتُصنف التجمعات النانوية ذات الألفة الإلكترونية العالية ضمن فئة الهالوجينات الفائقة. الهالوجينات الفائقة هي ذرات معدنية في النواة محاطة بذرات هالوجين . [ 3 ] [ 8 ]

الخصائص البصرية

تُحدد الخصائص البصرية للمواد من خلال بنيتها الإلكترونية وفجوة الطاقة . وتختلف فجوة الطاقة بين أعلى مدار جزيئي مشغول وأدنى مدار جزيئي غير مشغول ( HOMO/LUMO ) باختلاف حجم وتركيب التجمعات النانوية، مما يؤدي إلى تغير خصائصها البصرية. علاوة على ذلك، يمكن تعديل هذه الفجوات بتغليف التجمعات النانوية بروابط أو مواد فعالة سطحية مختلفة . كما يُمكن تصميم تجمعات نانوية ذات فجوات طاقة مُخصصة، وبالتالي تعديل خصائصها البصرية ببساطة عن طريق ضبط حجمها ونوع طبقة التغليف. [ 31 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 8 ]

التطبيقات

تتمتع التجمعات النانوية بإمكانيات تطبيقية واسعة النطاق نظرًا لخصائصها البصرية والكهربائية والمغناطيسية والتفاعلية الفريدة. فهي متوافقة حيويًا ، وصغيرة الحجم للغاية، وتُصدر إشعاعًا ساطعًا، مما يجعلها مرشحة واعدة للتصوير الحيوي الفلوري أو وسم الخلايا. وتُستخدم التجمعات النانوية، جنبًا إلى جنب مع الفلوروفورات، على نطاق واسع لتلوين الخلايا لدراستها في المختبر وفي الكائنات الحية . علاوة على ذلك، يمكن استخدام التجمعات النانوية في تطبيقات الاستشعار والكشف. [ 32 ] فهي قادرة على الكشف عن أيونات النحاس والزئبق في المحاليل المائية بالاعتماد على إخماد الفلورة. كما يمكن الكشف عن العديد من الجزيئات الصغيرة والكيانات البيولوجية، مثل الجزيئات الحيوية والبروتينات والحمض النووي DNA والحمض النووي RNA ، باستخدام التجمعات النانوية. وقد أثبتت خصائصها التفاعلية الفريدة وإمكانية التحكم في حجم وعدد ذراتها أنها طريقة قيّمة لزيادة النشاط وضبط الانتقائية في العمليات التحفيزية. ونظرًا لأن الجسيمات النانوية مواد مغناطيسية ويمكن تضمينها في الزجاج، يمكن استخدام هذه التجمعات النانوية في تخزين البيانات الضوئية، ما يتيح استخدامها لسنوات عديدة دون فقدان أي بيانات. [ 31 ] [ 2 ] [ 1 ] [ 3 ] [ 4 ]

للمزيد من القراءة (المراجعات)

  • "تجمعات دقيقة ذرية من المعادن النبيلة: صلة ناشئة بين الذرات والجسيمات النانوية" بقلم تشاكرابورتي وبراديب [ 33 ]

للمزيد من القراءة (المراجع الأساسية)

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 7 Zheng, J; Nicovich, P. R; Dickson, RM (2007). "نقاط كمومية من المعادن النبيلة شديدة التألق" . Annual Review of Physical Chemistry . C 58 : 409–431 . Bibcode : 2007ARPC...58..409Z . doi : 10.1146/annurev.physchem.58.032806.104546 . PMC 2735021. PMID 17105412 .  
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 دييز، آي؛ راس، آر إتش (2011). "تجمعات نانوية فضية فلورية". نانوسكيل . 3 (5): 1963-1970 . Bibcode : 2011Nanos...3.1963D . doi : 10.1039/c1nr00006c . PMID 21409225 . 
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ويلكوكسون، ج. ب؛ أبرامز، ب. ل. (2006). "تخليق وبنية وخواص التجمعات النانوية المعدنية". مجلة الجمعية الكيميائية . 35 (11): 1162-1194 . Bibcode : 2006CSRev..35.1162W . doi : 10.1039/b517312b . PMID 17057844 . 
  4. 1 2 3 4 5 6 شانغ، ل؛ دونغ، س؛ نينهاوس، غو (2011). "تجمعات نانوية معدنية فلورية فائقة الصغر: التركيب والتطبيقات البيولوجية". نانو توداي . 6 (4): 401-418 . doi : 10.1016/j.nantod.2011.06.004 .
  5. 1 2 3 آشنفيلتر، ب.أ؛ ديزيريدي، أ؛ ياو، س. هـ؛ جودسون، ت؛ بيجيوني، ت. ب (2015). "التألق الناتج عن جسيمات الفضة النانوية الجزيئية". مجلة الكيمياء الفيزيائية . ج 119 (35): 20728-20734 . doi : 10.1021/acs.jpcc.5b05735 .
  6. ↑ بهاتاراي، ب؛ زاكر، ي؛ أتناغولوف، أ؛ يون، ب؛ لاندمان، يو؛ بيجيوني، تي بي (2018). " كيمياء وبنية الجسيمات النانوية الجزيئية الفضية". مجلة أبحاث الكيمياء . 51 (12): 3104-3113 . doi : 10.1021/acs.accounts.8b00445 . PMID 30462479. S2CID 53711566 .  
  7. ↑ بهاتاراي، ب؛ زاكر، ي؛ أتناغولوف، أ؛ يون، ب؛ لاندمان، يو؛ بيجيوني، تي بي (2018). " كيمياء وبنية الجسيمات النانوية الجزيئية الفضية". مجلة أبحاث الكيمياء . 51 (12): 3104-3113 . doi : 10.1021/acs.accounts.8b00445 . PMID 30462479. S2CID 53711566 .  
  8. 1 2 3 4 5 6 7 جينا، ب؛ كاسلمان، أ. و. الابن (2010). التجمعات النانوية . إلسيفير. ISBN 978-0-444-53440-8.
  9. 1 2 تشاكرابورتي، آي؛ جوفينداراجان، أ؛ إيروسابان، ج؛ غوش، أ؛ براديب، ت؛ يون، ب؛ ويتن، ر.ل؛ لاندمان، يو. (2012). "جسيم الفضة النانوي فائق الاستقرار ذو الطبقة الأحادية المحمية بوزن 25 كيلو دالتون: القياسات والتفسير على أنه عنقود إيكوساهيدرالي Ag152(SCH2CH2Ph)60". رسائل نانو . 12 (11): 5861-5866 . Bibcode : 2012NanoL..12.5861C . CiteSeerX 10.1.1.720.7249 . doi : 10.1021/nl303220x . PMID 23094944 .  
  10. 1 2 3 بيتي، جيه تي؛ ستوري، إس بي؛ هسيانغ، جيه سي؛ ديكسون، آر. (2013). "فلوروفورات الفضة الجزيئية المُصنَّعة باستخدام قالب الحمض النووي" . مجلة رسائل الكيمياء الفيزيائية . 4 (7): 1148-1155 . Bibcode : 2013JPCL....4.1148P . doi : 10.1021/jz4000142 . PMC 3670773. PMID 23745165 .  
  11. 1 2 3 Xu, H.; Suslick, KS (2010). "التخليق الكيميائي الصوتي لتجمعات نانوية فضية عالية التألق". ACS Nano . 4 (6): 3209–3214 . doi : 10.1021/nn100987k . PMID 20507161 . 
  12. 1 2 غونزاليس، بي إس؛ بلانكو، إم سي؛ لوبيز-كوينتيلا، إيه (2012). "تخليق كهروكيميائي أحادي الخطوة لتجمعات Ag5 وAg6 الزرقاء المضيئة المحبة للماء/الكارهة للماء". نانوسكيل . 4 ( 24): 7632-7635 . Bibcode : 2012Nanos...4.7632G . doi : 10.1039/c2nr31994b . PMID 23064311. S2CID 37245927 .  
  13. ↑ كون، بي إي؛ ديزيريدي، أ؛ أتناغولوف، أ؛ ويكراماسينغ، إس؛ بهاتاراي، بي؛ يون، بي؛ بارنيت، آر إن؛ عبد اللهيان، واي؛ كيم، واي دبليو؛ غريفيث، دبليو بي؛ أوليفر، إس آر؛ لاندمان، يو؛ بيغيوني، تي بي (2015). "جسيمات نانوية جزيئية M4Ag44(p-MBA)30". مجلة الكيمياء الفيزيائية ج . 119 (20): 11238-11249 . doi : 10.1021/jp512237b .
  14. ↑ كامبل، إي كيه؛ هولز، إم؛ جيرليش، دي؛ ماير، جيه بي (2015). "تأكيد مختبري لوجود C60+ كناقل لحزمتين منتشرتين بين النجوم". نيتشر . 523 ( 7560): 322-325 . Bibcode : 2015Natur.523..322C . doi : 10.1038/nature14566 . PMID 26178962. S2CID 205244293 .  
  15. ↑ لو، يان؛ تشين، وي (2012). "تجمعات معدنية دون النانومتر: من تحديات التركيب إلى اكتشافات الخصائص الفريدة". مجلة الجمعية الكيميائية . 41 (9). الجمعية الملكية للكيمياء (RSC): 3594-4123 . Bibcode : 2012CSRev..41.3594L . doi : 10.1039/c2cs15325d . PMID 22441327 . 
  16. ↑ دي لارا-كاستيلز، ماريا بيلار (2022). "نمذجة الجيل الجديد من التجمعات المعدنية دون النانومترية باستخدام مبادئ أولية: دراسات حالة حديثة". مجلة علوم الغرويات والأسطح البينية . 612. إلسيفير بي في: 737-759 . Bibcode : 2022JCIS..612..737D . doi : 10.1016/j.jcis.2021.12.186 . hdl : 10261/257736 . PMID 35033919 . 
  17. ↑ ياشيك، جوزيف؛ فورتونيلي، أليساندرو؛ فاجدا، شتيبان (2022). "استكشاف مجال المواد في أصغر نطاق لحجم الجسيمات: من التحفيز غير المتجانس إلى التحفيز الكهربائي والتحفيز الضوئي" . الكيمياء الفيزيائية والكيمياء الفيزيائية . 24 (20). الجمعية الملكية للكيمياء (RSC): 12083-12115 . Bibcode : 2022PCCP...2412083J . doi : 10.1039/d1cp05677h . PMID 35502724 . 
  18. ↑ لو، تشي؛ شهزاد، عادل (2024). "تطورات في تجمعات المعادن العارية للحفز". ChemPhysChem . 25 (10) e202300715. Wiley-VCH. doi : 10.1002/cphc.202300715 . PMID 38450926 . 
  19. ↑ دي لارا-كاستيلز، ماريا بيلار (2024). "رحلة من المبادئ الأولى نحو فهم وتوقع التجمعات المعدنية دون النانومترية على المستوى الجزيئي" . الهياكل الصغيرة . 5 (10) 2400147. doi : 10.1002/sstr.202400147 . hdl : 10261/364023 .
  20. ↑ كوبو، ر. (1962). "الخواص الإلكترونية للجسيمات المعدنية الدقيقة". مجلة الجمعية الفيزيائية اليابانية . 17 (6): 975. Bibcode : 1962JPSJ...17..975K . doi : 10.1143/JPSJ.17.975 .
  21. 1 2 كومار، س (2013). تخليق وتوصيف وتطبيق تجمعات الذهب والفضة النانوية القابلة للذوبان في الماء (أطروحة دكتوراه). بيتسبرغ: جامعة كارنيجي ميلون.
  22. ↑ أوت، ليزا ستاركي؛ فينكي، ريتشارد ج. (2007-05-01). "تثبيت التجمعات النانوية للمعادن الانتقالية لأغراض التحفيز: مراجعة نقدية لطرق التصنيف والمثبتات المحتملة" . مجلة مراجعات كيمياء التناسق . 251 (9): 1075-1100 . رمز Bibcode : 2007CooCR.251.1075O . doi : 10.1016/j.ccr.2006.08.016 . ISSN 0010-8545 . 
  23. ↑ براك، م (1993). "فيزياء التجمعات المعدنية البسيطة: نموذج الجيليوم المتسق ذاتيًا والمناهج شبه الكلاسيكية" (ملف PDF) . مجلة الفيزياء الحديثة . 65 (3): 677. رمز Bibcode : 1993RvMP...65..677B . doi : 10.1103/RevModPhys.65.677 .
  24. ^ حسينن، ج. (2016). الجسيمات المعدنية النانوية والمجموعات النبيلة (أطروحة دكتوراه). إسبو: جامعة آلتو.
  25. ↑ والتر، م؛ أكولا، ج؛ لوبيز-أسيفيد، أ؛ جادزينسكي، ب.د؛ كاليرو، ج؛ أكيرسون، س.ج؛ ويتن، ر.ل؛ غرونبيك، هـ؛ هاكينن، هـ. أ (2008). "نظرة موحدة لتجمعات الذهب المحمية بالرابطة كمركبات ذرية فائقة" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 105 (27). الولايات المتحدة الأمريكية: 9157-9162 . Bibcode : 2008PNAS..105.9157W . doi : 10.1073/pnas.0801001105 . PMC 2442568. PMID 18599443 .  
  26. ↑ هير، دبليو. أ. (1993). "فيزياء التجمعات المعدنية البسيطة: الجوانب التجريبية والنماذج البسيطة". مجلة الفيزياء الحديثة . 65 (3): 611. رمز Bibcode : 1993RvMP...65..611D . doi : 10.1103/RevModPhys.65.611 .
  27. كونوار ، ب ؛ هاسينين، ج؛ باوتيستا، ج؛ راس، ر.هـ.أ؛ تويفونين، ج (2016). "تشكيل أنماط على نطاق دون الميكرون لتجمعات نانوية من الفضة الفلورية باستخدام ليزر منخفض الطاقة" . التقارير العلمية . 6 23998. Bibcode : 2016NatSR...623998K . doi : 10.1038/srep23998 . PMC 4820741. PMID 27045598 .  
  28. ↑ كونوار، ب؛ توركيه، ل؛ هاسينين، ج؛ راس، ر.هـ.أ؛ تويفونين، ج؛ باوتيستا، ج (2016). "التشكيل الهولوغرافي للهياكل الدقيقة الفلورية المكونة من تجمعات نانوية من الفضة" . مجلة المواد البصرية السريعة . 6 (3): 946-951 . Bibcode : 2016OMExp...6..946K . doi : 10.1364/ome.6.000946 .
  29. ↑ بيليك، م؛ رويون، أ؛ بوريس، ك؛ تشوي، ج؛ بوسكيه، ب؛ تريغير، م؛ كاردينال، ت؛ فيدو، ج. ج؛ ريتشاردسون، م؛ كانيوني، ل (2010). "التشكيل ثلاثي الأبعاد على المستوى النانوي للمُشعّات الفلورية في الزجاج". مجلة الكيمياء الفيزيائية . ج 114 (37): 15584-15588 . doi : 10.1021/jp104049e .
  30. ^ كريمر، جي دي. سيلز، ب.ف. هوتا ، ج. روفايرز ، إم بي جيه . بارثولوميوسن ، إي . كوتينو غونزاليس، إي؛ فالتشيف، ف؛ دي فوس، د، إي؛ فوش، تي؛ هوفكينز، J (2010). “التشفير البصري للحاملات الدقيقة للزيوليت الفضي”. مواد متقدمة . 22 (9): 957– 960. بيب كود : 2010AdM....22..957D . دوى : 10.1002/adma.200902937 . بميد 20217819 . S2CID 2889365 .  {{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  31. كونوار ، ب ؛ هاسينين، ج؛ باوتيستا، ج؛ راس، ر.هـ.أ؛ تويفونين، ج (2014). "الكتابة المباشرة بالليزر لتجمعات نانوية فضية فلورية مستقرة ضوئيًا في أغشية بوليمرية" . ACS Nano . 8 (11): 11165–11171 . Bibcode : 2014ACSNa...811165K . doi : 10.1021/nn5059503 . PMID 25347726 . 
  32. ↑ تشاو، يو؛ تشو، هوانغ مي؛ تشانغ، سان جون؛ شو، جيان هوا (27-11-2019). "تخليق التجمعات النانوية المعدنية وتطبيقاتها في الاستشعار الحيوي والتصوير". طرق وتطبيقات في التألق . 8 (1): 012001. doi : 10.1088/2050-6120/ ab57e7 . ISSN 2050-6120 . PMID 31726445. S2CID 208040343 .   
  33. ↑ تشاكرابورتي، إندراناث؛ براديب، ثالابيل (6 يونيو 2017). "تجمعات دقيقة ذريًا من المعادن النبيلة: صلة ناشئة بين الذرات والجسيمات النانوية". مراجعات كيميائية . 117 (12): 8208-8271 . doi : 10.1021/acs.chemrev.6b00769 . PMID 28586213 .