日本產業技術綜合研究所（以下簡稱「產綜研」）電子光技術研究部門的研究員樂優鳳和研究組長則包恭央，開發出了單晶金奈米材料的簡易合成法。該方法採用有機化合物琥珀酸衍生物透過自組織形成的雙分子膜作爲模板。
只需在適當的溫度下混合金離子溶液和琥珀酸衍生物溶液即可形成金奈米片（圖1)。例如，混合金離子水溶液（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（約0.3 mol/L）並保持53℃溫度，溶液顏色便開發端生變化，約15分鐘後會出現金奈米材料的特徵性酒紅色。約1.5小時後即可獲得圖2a所示的金奈米片。以往的金微粒合成法一般需要5～12小時左右，新方法可以縮短合成時間。該方法除金離子外只使用了一種試劑，且無需在水中攪拌，因此與以往方法相比，環境負荷也比較低。
圖1：以十二烯基琥珀酸形成的雙分子膜爲模板的金奈米片成長模式圖
圖2a是獲得的金奈米片的掃描電子顯微鏡照片。該金奈米片厚約10nm，寬約6μm。X射線繞射測量時主要觀測了金(111)面的繞射峯，應答金奈米材料是取向爲(111)面的單晶聚集體（圖2b）。另外，研究團隊利用能量色散X射線分析法對該顆粒進行元素分析發現，除金外，還檢測出了碳和氧（圖2c）。源自琥珀酸衍生物的有機分子附着在金奈米片表面，發揮了分散劑的作用。
圖2：獲得的金奈米片，利用（a）掃描型電子顯微鏡、（b）X射線繞射、（c）能量色散型X射線分析法進行的觀察。Au：金、C：碳、O：氧
獲得的金奈米片的聚集體非常柔軟，在室溫下用手指按壓就會變形。可以使用模具壓制模製，能製作微米級的凹凸圖案（圖3a）。另外，將模製體加熱到250℃以上後，可以去除金奈米片表面附着的有機物質，獲得純度更高的金模製體。如此一來，金奈米片聚集體可以像黏土一樣模製，可作爲金黏土使用。
金奈米片聚集體本身就具有導電性，而壓縮後導電性會大幅提高（圖3c）。因此可以考慮利用這個特點，將其應用於導電膏和墨水。例如，電阻率在初期約爲5x10-5Ωm，而壓縮後降至3x10-7Ωm。這個值接近於金塊兒的電阻率2.4x10-8Ωm，因爲顆粒之間的縫隙隨着壓縮消失（圖3b）。
圖3：（a）金奈米片聚集體及在室溫下模模製，（b）模前後的金奈米片聚集體掃描電子顯微鏡影像，（c）壓縮金奈米片時的電阻率變化
相關研究成果已於2020年1月29日公開在英國科學期刊《Nature Communications》上。
文：JST客觀日本編輯部編譯
