Gold nanoparticle is one of the widely research objects in various fields including catalysis and biotechnology. Precise control of gold nanoparticles placement and their integration is essential to take full advantage of these unique properties for applications. An approach to self-assembling of gold nanoparticles (AuNPs) from reconstructed block copolymer was introduced. Highly ordered polystyrene-block-poly(2-vinylpyridine)(PS-b-P2VP) micellar arrays were obtained by solvent annealing. Subsequent immersion of the films in a preferential solvent for P2VP caused a reorganization of the film to generate a porous structure upon drying. PEG-coated AuNPs were spin-coated onto this reconstruction PS-b-P2VP template. When such films were exposed to toluene vapor-which is non-selective solvent for PEO & P2VP, AuNPs were drawn into those porous to form ordered arrays.
Gold nanospheres with size 12±1.8 nm were synthesized by reducing $HAuCl_4$ via sodium citrate. Gold nanorods (aspect ratio about 6) were prepared from seed-mediated surfactant capping wet chemical method and the aspect ratio is tunable by changing surfactant amount. PEG ligand is used to modify gold nanoparticle surface by removing the original surfactant (sodium citrate -gold nanospheres; CTAB-gold nanorods), which have affinity with certain block copolymer component. Once gold nanoparticle is modified with PEG thiol, they were spin coated onto PS-b-P2VP template, which was prepared by solvent annealing and surface reconstruction process. So gold nanoparticle array was fabricated by this self-assembling process. The same idea can be applied on other nanoparticles.
블록공중합체 판에서 표면을 재조립함으로써 금나노 입자를 배열하는 새로운 방법을 개발하였다.
용액 어닐링과 표면 재조립과정 동안에 블럭의 한 부분에 대해서만 선택성을 가지는 용액을 이용하는 방법을 통하여 구조를 가지는 PS-b-P2VP 판을 준비하였다. 톨루엔은 PS에 대해서 좋은 용매인 반면에 P2VP에 대해서는 선택성이 좋지 않은 용매이므로 P2VP는 톨루엔 용액에서는 뒤집한 미셀 구조를 형성한다. PS-b-P2VP 블록공중합체가 녹아있는 용액은 기판 위에 회전 코팅 되어진 후 앞서 말한 특징을 가지는 톨루엔에 노출 되어졌다. 이것은 측면으로의 배열을 높이는 동시에 PS 매트릭스 안에서 P2VP가 6각형 구조를 형성할 수 있도록 도와준다. 앞에서 언급한 PS-b-P2VP 기판을 P2VP에 대해서는 좋은 용매이면서 PS에 대해서는 안 좋은 용매인 에탄올에 담그면, P2VP는 용해되어 구멍을 형성하면서 기판 표면 위에 분산된다. 이렇게 형성된 구멍이 금나노입자를 증착시키기 위한 형판으로서 사용된다.
크기가 12±1.8 nm인 구형의 금나노 입자는 $HAuCl_4$ 을 구연산 나트륨을 이용하여 산화시킴으로써 만들어지고, 그 크기는 금 염과 구연산 나트륨의 비율을 조절함으로써 다양하게 변화시킬 수 있다. 금나노입자 외에도 4와 6의 종횡비를 가지는 가진 금 나노 막대는 CTAB를 이용한 seed-mediate방법으로 합성할 수 있고 가로 세로의 비는 은 첨가물을 조절함으로써 변화시킬 수 있다.
합성후에 구형의 금나노 입자와 금 나노 막대의 표면은 증착을 위해PEG-SH 분자로 치환되어진다. PEG로 치환되어진 구형의 금나노 입자와 P2VP 영역은 톨루엔과 친화성이 매우 떨어지므로 그 접촉면적을 최소화 하기 위해 형판에 만들어진 P2VP 구멍에 증착되어진다. 금나노 입자의 증착 범위는 농도를 다르게 함으로써 변화시킬 수 있다.
같은 방법은 다른 나노 입자를 이용할 때도 적용될 수 있을 것이다.