日本产业技术综合研究所（以下简称“产综研”）电子光技术研究部门的研究员乐优凤和研究组长则包恭央，开发出了单晶金纳米材料的简易合成法。该方法采用有机化合物琥珀酸衍生物通过自组织形成的双分子膜作为模板。
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形成金纳米片（图1)。例如，混合金离子水溶液（四氯金(III)酸，2mmol/L）和琥珀酸衍生物十二烯基琥珀酸（DSA）的水溶液（约0.3 mol/L）并保持53℃温度，溶液颜色便开始发生变化，约15分钟后会出现金纳米材料的特征性酒红色。约1.5小时后即可获得图2a所示的金纳米片。以往的金微粒合成法一般需要5～12小时左右，新方法可以缩短合成时间。该方法除金离子外只使用了一种试剂，且无需在水中搅拌，因此与以往方法相比，环境负荷也比较低。
图1：以十二烯基琥珀酸形成的双分子膜为模板的金纳米片生长模式图
图2a是获得的金纳米片的扫描电子显微镜照片。该金纳米片厚约10nm，宽约6μm。X射线衍射测量时主要观测了金(111)面的衍射峰，确认金纳米材料是取向为(111)面的单晶聚集体（图2b）。另外，研究团队利用能量色散X射线分析法对该颗粒进行元素分析发现，除金外，还检测出了碳和氧（图2c）。源自琥珀酸衍生物的有机分子附着在金纳米片表面，发挥了分散剂的作用。
图2：获得的金纳米片，利用（a）扫描型电子显微镜、（b）X射线衍射、（c）能量色散型X射线分析法进行的观察。Au：金、C：碳、O：氧
获得的金纳米片的聚集体非常柔软，在室温下用手指按压就会变形。可以使用模具压制成型，能制作微米级的凹凸图案（图3a）。另外，将成型体加热到250℃以上后，可以去除金纳米片表面附着的有机物，获得纯度更高的金成型体。如此一来，金纳米片聚集体可以像粘土一样成型，可作为金粘土使用。
金纳米片聚集体本身就具有导电性，而压缩后导电性会大幅提高（图3c）。因此可以考虑利用这个特点，将其应用于导电膏和墨水。例如，电阻率在初期约为5x10-5Ωm，而压缩后降至3x10-7Ωm。这个值接近于金块儿的电阻率2.4x10-8Ωm，因为颗粒之间的缝隙随着压缩消失（图3b）。
图3：（a）金纳米片聚集体及在室温下压模成型，（b）压模前后的金纳米片聚集体扫描电子显微镜图像，（c）压缩金纳米片时的电阻率变化
相关研究成果已于2020年1月29日公开在英国科学期刊《Nature Communications》上。
文：JST客观日本编辑部编译
