抑制咖啡环效应实现金属纳米粒子单层阵列的自下而上通用组装

　　本文系统介绍了一种利用“三明治法”（sandwich method）抑制咖啡环效应（coffee-ring effect），实现金属纳米粒子单层阵列（metal-NMAs）可控自组装的新策略。该方法无需复杂设备或添加剂，适用于多种纳米材料与基底，为纳米光子学、传感及生物医学应用提供了高效、通用的制备平台。

　　

Materials and fabrication method of NMAs

采用直径20至250纳米的球形金纳米粒子（gold nanoparticles）水溶液及80纳米球形银纳米粒子（含少量棒状杂质）溶液。使用1毫米厚、76毫米×26毫米的玻璃基板，经丙酮、乙醇和超纯水超声清洗后，通过滴注干燥法（drop-drying method）或三明治法（sandwich method）制备纳米粒子单层阵列（NMAs）。

Comparison between drop-drying method and sandwich method

滴注干燥法（图1a）在金纳米粒子溶液中形成环状沉积（图1b），这是由接触线钉扎和咖啡环效应导致的典型非均匀结构。而采用三明治法时，上下基板间的限域空间促使接触线去钉化（depinning），诱导纳米粒子通过复杂对流（convection flows）向接触线输送，最终形成高度有序的单层条纹状金属-NMAs。

Conclusion

本研究首次系统验证了三明治法在金属-NMA制备中的普适性，并通过纳维-斯托克斯方程（Navier–Stokes equation）模拟揭示了纳米粒子通过内部对流向接触线输送的机制。该方法无需复杂设备或污染性添加剂，适用于多种金属纳米粒子与基底材料，为纳米科学与界面研究提供了高效、通用的平台。