Shape control of metal nanocrystals has broad applications, including catalysis, plasmonics, and sensing. It was found that controlling the atomic arrangement on metal nanocrystal surfaces affects many properties, including the electronic dipole or work function. Tuning the surface structure of exposed facets of metal nanocrystals was enabled by shape control. We investigated the effect of shape on nanomechanical properties, including friction and adhesion forces. Two nanoparticles systems, cube nanocrystal (NC) with low-index were and hexoctahedral (HOH) NC with high-index (321) surface, were used as model nanoparticle surfaces. Scanning force microscopy was used to probe nanoscale friction and adhesion on the nanoparticle surface. Capping layers on the nanoparticle surface was removed via ethanol washing. While the adhesion on the nanoparticle with capping layer didn’t show shape dependence, after removal of capping layers, the cube Au NC exhibited the higher adhesion force compared to HOH Au NC. Because of the abundant presence of high-density atomic steps and kinks, high-index faceted nanoparticles have the more corrugated surface, than low-index nanoparticles, that results in the lower contact area, and thus lower adhesion. The study shows that the surface structure on the nanoparticle can be directly probed with adhesion and friction mapping with atomic force microscopy.
형태가 조절된 금속 나노 입자는 촉매, 플라즈모닉스, 센싱 등의 폭넓은 분야에 적용될 수 있다. 금속 나노 입자 표면에 노출된 원자 구조는 입자의 형태 조절을 통해 이루어 질 수 있다. 이렇게 금속 나노 입자 표면의 원자 배열을 조절하는 것은 입자의 전기 쌍극자 또는 일 함수 등의 다양한 특성에 영향을 미친다. 이번 연구에서는 이러한 점에 기반하여 입자의 형태에 따른 마찰력, 점착력과 같은 나노 메카니컬 특성을 연구하였다. 낮은 밀러 지수를 가지는 면으로 구성된 cube 나노 입자와 높은 밀러 지수를 가지는 면으로 구성된 hexoctahedral (HOH) 두 가지 형태의 나노 입자가 모델 시스템으로써 이용되었다. 나노 입자 표면의 마찰력과 점착력을 나노 스케일에서 연구하기 위해서 주사 탐침 현미경을 이용하였다. 나노 입자 표면의 Capping layer를 에탄올을 이용하여 제거하고 실험한 결과, Capping layer로 덮인 나노 입자 표면에서는 형태에 따른 점착력의 차이가 관찰되지 않는 반면에, Capping layer가 제거된 후에는 cube입자 표면에서 HOH입자에서보다 더 큰 점착력이 나타남을 알 수 있었다. 높은 밀러 지수를 가지는 표면으로 구성된 HOH입자의 경우 표면에 높은 밀도의 step, kink 원자 구조가 존재하기 때문에, 낮은 밀러 지수를 가지는 입자에 비하여 좀 더 주름진 표면을 가진다. 이러한 결과로 인해 기계적 특성의 측정과정에서 입자 표면과 원자 힘 현미경의 프로브 사이에 적은 접촉 면적을 가지게 되고, 이는 낮은 점착력으로 반영되게 된다. 이 연구를 통해 나노 입자의 표면 원자 구조가 원자 힘 현미경을 이용한 마찰력, 점착력으로 연구될 수 있음을 알 수 있다.
