Hydrogen-bonded structure and mechanical chiral response of a silver nanoparticle superlattice

超晶格 材料科学 纳米颗粒 化学物理 静水压力 体积模量 氢键 纳米尺度 纳米技术 结晶学 复合材料 分子 热力学 化学 光电子学 有机化学 物理
作者
Bokwon Yoon,W. D. Luedtke,R. N. Barnett,Jianping Gao,Anil Desireddy,Brian E. Conn,Terry P. Bigioni,Uzi Landman
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:13 (8): 807-811 被引量:135
标识
DOI:10.1038/nmat3923
摘要

Self-assembled nanoparticle superlattices-materials made of inorganic cores capped by organic ligands, of varied structures, and held together by diverse binding motifs-exhibit size-dependent properties as well as tunable collective behaviour arising from couplings between their nanoscale constituents. Here, we report the single-crystal X-ray structure of a superlattice made in the high-yield synthesis of Na(4)Ag(44)(p-MBA)(30) nanoparticles, and find with large-scale quantum-mechanical simulations that its atomically precise structure and cohesion derive from hydrogen bonds between bundledp-MBA ligands. We also find that the superlattice's mechanical response to hydrostatic compression is characterized by a molecular-solid-like bulk modulus B(0) = 16.7 GPa, exhibiting anomalous pressure softening and a compression-induced transition to a soft-solid phase. Such a transition involves ligand flexure, which causes gear-like correlated chiral rotation of the nanoparticles. The interplay of compositional diversity, spatial packing efficiency, hydrogen-bond connectivity, and cooperative response in this system exemplifies the melding of the seemingly contrasting paradigms of emergent behaviour 'small is different' and 'more is different'.
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