近日，美国化学会期刊《ACS Nano》报道了丁涛课题组在光学微纳驱动方面的研究进展，新葡萄88805官网2022级硕士毕业生王煦杰为第一作者，丁涛教授为通讯作者，相关工作还得到土木工程学院刘泽教授课题组的支持和帮助。

图1 光学触发纳米“炸药”视觉效果图

纳米机器是一项面向未来的技术，它在医疗检测、环境治理、纳米操控等领域具有重要应用前景，但是维持其正常运行的能量供给一直是阻碍该领域发展的难题之一。传统的能量供给手段如电池在微纳尺度上往往无法兼容，其他物理手段，如磁场、电场、光场、温度场虽然能够有效在微纳尺度上进行操控，但是其响应速度往往较慢，且能量效率较低。这对于开发高效的纳米机械系统是不利的。

新葡萄88805官网丁涛课题组在光学诱导微纳驱动方面做出了大量有益尝试。他们与早期合作者开发了金属/温度响应聚合物复合体系（PNAS 2016, 113, 5503），利用金属颗粒间强范德华势能与聚合物弹性势能之间的相互转换，在纳米尺度上实现了较高力的输出（~nN）和较快的响应速度(μs)。在此基础上，他们借助化学震荡体系，进一步提高了该系统的能量转化效率（~34%）（ACS App. Mater. Inter. 2019, 11, 42580）。结合纳米颗粒表面亲疏水特性的可逆变化，他们将这类纳米运输机器用于有机污染物的高效萃取（J. Colloid Interf. Sci. 2021, 584, 789）。

最近，丁涛课题组开发了一类基于等离激元物理化学作用的纳米弹射体系。他们首先制备了金@C₆₀的核壳结构的纳米颗粒，利用激发的等离激元光热效应以及近场增强光化学作用，使得C₆₀在空气中迅速氧化成气态的CO₂，由于局部的瞬时高温，气态的CO₂迅速产生了较高的内部压力，从而将金颗粒喷射出去，整个过程在大约200 μs内完成（图2）。计算表明该喷射作用力可达μN量级，比之前报道的纳米驱动装置输出力大了三个数量级。金颗粒喷射出去的瞬时初速度可达300 m/s，与子弹的速度相当，因此，可以形象地认为该体系是一种纳米尺度上可光触发的等离激元“炸药”。

图2 光学触发等离激元纳米颗粒喷射过程示意图

他们进一步展示了利用该纳米“炸药”对微米尺寸的物体在固体表面上进行连续地弹射搬运，其运动距离和方向可以通过激光照射功率和位点进行粗略调节（图3）。除了可以驱动表面颗粒的运动外，这种纳米“炸药”有望作为一种纳米动力源泉，驱动其它类型纳米机械的运转。

图3 在等离激元纳米“炸药”驱动下实现SiO₂微球的光学触发移动（激光已被滤除）

相关工作被美国纳米科学与技术网（NanoWerk）以Spotlights的形式报道。该工作得到该研究受到国家重点研发计划(2020YFA0211300)和国家自然科学基金(NSFC 11974265, 21703160)的资助，新葡萄88805官网纳米中心和电镜中心对该研究提供支撑服务。

论文信息：

Optically Triggered Nanoscale Plasmonic Dynamite

Xujie Wang, Chi Zhang, Fangqi Chen, Junxiang Xiang, Shuangshuang Wang, Ze Liu, and Tao Ding*

ACS Nano 2022, ASAP DOI: 10.1021/acsnano.2c02402

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c02402

微信公众号报道：

https://www.x-mol.com/news/778738

https://mp.weixin.qq.com/s/FuwPPL9KLT7o_5lLbdJwOA

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NanoWerk Spotlights:

https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=61228.php