研究發(fā)現(xiàn)了一種新型共振J聚集體在碳納米管上的自組裝，具有先進(jìn)的特征和具有廣泛實(shí)際應(yīng)用的高潛力。近十年來(lái)，由于在高精度儀器儀表和納米技術(shù)領(lǐng)域取得的進(jìn)展，納米器件離工業(yè)應(yīng)用越來(lái)越近。

用于創(chuàng)建或改進(jìn)此類納米器件的分子自然自組裝，為未來(lái)的創(chuàng)新提供了受控和簡(jiǎn)單的制造技術(shù)。將單個(gè)分子自組裝成復(fù)雜的J聚集體，其中分子被很好地排列成長(zhǎng)長(zhǎng)的“階梯”形狀，由于分子之間的耦合，具有獨(dú)特的性質(zhì)。

這種耦合促進(jìn)了這種自組裝內(nèi)部離域電荷載流子(稱為激子)的強(qiáng)相干共振，并且這樣的激子可以很容易地在J聚集體內(nèi)移動(dòng)。此外，J-聚集體與其他納米材料之間的相干耦合提供了擴(kuò)展這種共振離域機(jī)會(huì)，從而為納米光子學(xué)和光電子學(xué)中高級(jí)應(yīng)用的發(fā)展提供了動(dòng)力。來(lái)自阿斯頓大學(xué)研究人員和合作者首次揭示了一種在碳納米管外壁上產(chǎn)生共振相干J聚集體的技術(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，J聚集體非常有效地將吸收光的所有能量并轉(zhuǎn)移到納米管上。

作為這種有效能量轉(zhuǎn)移的結(jié)果，J聚集體的熒光被完全猝滅，并且碳納米管的發(fā)射得到了強(qiáng)烈增強(qiáng)。J聚集體的形成與具有彎曲分子結(jié)構(gòu)并與凸形納米管表面很好對(duì)準(zhǔn)聚集體分子順式異構(gòu)體形式的有利自組裝相關(guān)聯(lián)。重要的是，研究揭示了一種獨(dú)特類型的納米材料形成，具有激子擴(kuò)展共振離域的突破性功能。這一發(fā)現(xiàn)為在生物醫(yī)學(xué)成像和治療中自組裝J聚集體與納米管狀材料的有效共振相互作用。

在用于邏輯的納米光電子和光子器件、高速通信以及下一代電子和激子技術(shù)的物理化學(xué)勘探和納米工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。新型納米器件開發(fā)需要獨(dú)特的功能納米材料。此外，在一個(gè)單元中進(jìn)行不同納米顆粒的化學(xué)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜任務(wù)，特別是自組裝J聚集體的應(yīng)用，由于激子的共振離域，可以大大提高納米材料的性能。本研究首次證明了在碳納米管上形成共振相干的J聚集體，具有從聚集體到納米管的高效能量轉(zhuǎn)移。

聚集體吸收的所有光子能量被傳遞到納米管，完全猝滅J波段發(fā)射，使納米管光敏?？偟膩?lái)說(shuō)，發(fā)現(xiàn)了兩種類型J-聚集體的形成，其中一種類型與順式異構(gòu)體在納米管表面的自組裝有關(guān)，第二種類型與在沒(méi)有納米管的情況下將反式異構(gòu)體自組織成游離J-聚集體有關(guān)。重要的是，碳納米管上的J聚集體在近紅外范圍內(nèi)具有很強(qiáng)的光致發(fā)光能量轉(zhuǎn)移峰，在生物醫(yī)學(xué)成像和納米光電子和納米光子器件方面具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

博科園｜研究/來(lái)自：阿斯頓大學(xué)

參考期刊《物理化學(xué)C》

DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b03341

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