नैनोक्लस्टर

नैनोक्लस्टर परमाणु रूप से सटीक, क्रिस्टलीय पदार्थ होते हैं जो अक्सर 0-2 नैनोमीटर पैमाने पर मौजूद होते हैं। उन्हें अक्सर गतिशील रूप से स्थिर मध्यवर्ती माना जाता है जो अर्धचालक और धातु नैनोक्रिस्टल जैसे तुलनात्मक रूप से बड़ी सामग्री के संश्लेषण के दौरान बनते हैं। नैनोक्लस्टर्स का अध्ययन करने के लिए किए गए अधिकांश शोधों ने उनके क्रिस्टल संरचनाओं को चिह्नित करने और बड़े सामग्रियों के न्यूक्लिएशन और विकास तंत्र में उनकी भूमिका को समझने पर ध्यान केंद्रित किया है।  ये नैनोक्लस्टर या तो एक या कई रासायनिक तत्वों से बने हो सकते हैं, और उनके बड़े समकक्षों की तुलना में दिलचस्प इलेक्ट्रॉनिक, प्रकाशिकी और रासायनिक गुणों का प्रदर्शन करते हैं। सामग्रियों को तीन अलग-अलग व्यवस्थाओं में वर्गीकृत किया जा सकता है, जैसे थोक, नैनोकण और नैनोक्लस्टर। बल्क मेटल्स विद्युत सुचालक होते हैं और प्रकाश के अच्छे परावर्तक होते हैं और मेटल नैनोकणों सतह प्लाज्मॉन गूंज के कारण तीव्र रंग प्रदर्शित करते हैं। हालांकि, जब नैनोक्लस्टर बनाने के लिए धातु नैनोक्लस्टर्स के आकार को और कम किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना असंतत हो जाती है और असतत ऊर्जा स्तरों  में टूट जाती है, कुछ हद तक अणुओं के ऊर्जा स्तरों के समान होती है।    यह नैनोक्लस्टर को एक विलक्षण अणु के समान गुण प्रदान करता है और प्लसोनिक व्यवहार प्रदर्शित नहीं करता है,नैनोक्लस्टर्स को परमाणुओं और नैनोकणों के बीच ब्रिजिंग लिंक के रूप में जाना जाता है।        नैनोक्लस्टर्स को आणविक नैनोकणों के रूप में भी संदर्भित किया जा सकता है।

एटम क्लस्टर्स
रसायन विज्ञान में, एक परमाणु क्लस्टर (या केवल क्लस्टर) बंधे हुए परमाणुओं या अणुओं का एक समूह है जो एक साधारण अणु और एक नैनोपार्टिकल के बीच आकार में मध्यवर्ती होता है; यानी व्यास में कुछ नैनोमीटर (एनM) तक। 'माइक्रोक्लस्टर' शब्द का इस्तेमाल युगल दर्जन परमाणुओं के साथ समूह के लिए किया जा सकता है।

एक विशिष्ट व्यवस्था में एक निश्चित संख्या और परमाणुओं के प्रकार वाले समूहों को अक्सर एक विशिष्ट रासायनिक यौगिक माना जाता है और इस तरह अध्ययन किया जाता है। उदाहरण के लिए, फुलरीन 60 कार्बन परमाणुओं का एक समूह है जो एक काटे गए विंशतिफलक के शीर्ष के रूप में व्यवस्थित है, और डेकाबोरेन 10 बोरॉन परमाणुओं का एक समूह है, जो 14 हाइड्रोजन परमाणुओं से घिरा एक अधूरा विंशतिफलक बनाता है।

यह शब्द आमतौर पर एक ही तत्व के कई परमाणुओं, या कुछ अलग-अलग तत्वों के त्रि-आयामी व्यवस्था में बंधे हुए समूहों के लिए उपयोग किया जाता है। संक्रमण धातु और मुख्य समूह तत्व विशेष रूप से मजबूत क्लस्टर बनाते हैं। दरअसल, कुछ संदर्भों में, यह शब्द विशेष रूप से एक धातु समूह को संदर्भित कर सकता है, जिसके मूल परमाणु धातु होते हैं और इसमें कम से कम एक धातु बंधन होता है। इस मामले में, क्वालीफायर पॉली एक से अधिक धातु परमाणु जल क्लस्टर को निर्दिष्ट करता है, और हेटरोन्यूक्लियर कम से कम दो अलग-अलग धातु तत्वों वाले क्लस्टर को निर्दिष्ट करता है। नग्न धातु समूहों में केवल धातु के परमाणु होते हैं, अन्य तत्वों के बाहरी आवरण वाले समूहों के विपरीत। दुसरे साइनाइड या मिथाइल जैसे कार्यात्मक समूह हो सकते हैं जो सहसंयोजक रूप से मुख्य परमाणुओं से बंधे होते हैं या कई कार्बन मोनोआक्साइड, हैलाईड आइसोसायनाइडस अल्केन्स और हाइड्राइडस जैसे समन्वय बंधनो से जुड़े लिगेंड हो सकते हैं।

सामान्यतः इस शब्द का उपयोग उन समूहों के लिए भी किया जाता है जिनमें कोई धातु नहीं होती है (जैसे कि बोरेन और कार्बोरेन) और जिनके मूल परमाणु सहसंयोजक बंधन या आयोनिक बंध द्वारा एक साथ बंधे होते हैं। इसका उपयोग वैन डेर वाल  या हाइड्रोजन बंध द्वारा एक साथ रखे गए परमाणुओं या अणुओं के संयोजन के लिए भी किया जाता है, जैसा कि जल समूहों में होता है।

क्लस्टर चरण संक्रमण में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं जैसे विलयन से वर्षा, तरल पदार्थ और ठोस पदार्थों का संघनन और वाष्पीकरण, ठंड और पिघलना, और अन्य सामग्रियों का सोखना। [उद्धरण वांछित]

इतिहास
मेटल क्लस्टर सहित एटम क्लस्टर यौगिकों का अनजाने में प्राचीन काल से मनुष्यों द्वारा उपयोग किया जाता रहा है। सबसे पुराना कृत्रिम रूप से निर्मित धातु समूह कैलौमेल हो सकता है, जो भारत में पहले से ही 12वीं शताब्दी में जाना जाता था।

क्लस्टर यौगिकों की संरचना की व्याख्या केवल 20वीं शताब्दी में ही संभव हो सकी। उदाहरण के लिए, कैलोमेल में पारा बंधन के लिए पारा (तत्व) का अस्तित्व 1900 के प्रारंभ में स्थापित किया गया था। एकल-क्रिस्टल एक्स-रे विवर्तन जैसे विश्वसनीय संरचनात्मक विश्लेषण उपकरणों के विकास से ये प्रगति संभव हुई।

नैनोक्लस्टर बनाने के प्रयोगों के पहले सेट को 1950 और 1960 के दशक में देखा जा सकता है। इस अवधि के दौरान, सुपरसोनिक विस्तार द्वारा कम तापमान पर तीव्र आणविक बीम से नैनोक्लस्टर का उत्पादन किया गया। [[लेज़र वाष्पीकरण]] तकनीक के विकास ने आवर्त सारणी में तत्वों के स्पष्ट बहुमत के नैनोक्लस्टर बनाना संभव बना दिया।

1960 के दशक की शुरुआत में एफए कॉटन द्वारा क्लस्टर शब्द का इस्तेमाल विशेष रूप से धातु-धातु बांड वाले यौगिकों को संदर्भित करने के लिए किया गया था।

1984 में एरिक ए. रोहल्फ़िंग, डोनाल्ड M. कॉक्स और एंड्रयू कलडोर द्वारा पहली बार कार्बन क्लस्टर का पता लगाया गया था, प्रयोगों में जहां ग्रेफाइट को लेजर द्वारा वाष्पीकृत किया गया था और वाष्प को हीलियम वातावरण द्वारा बुझाया गया था। द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर के साथ संघनित उत्पादों के विश्लेषण से निश्चित जादुई संख्या के साथ अणुओं की अधिकता का पता चला। 1985 में उनके काम को हेरोल्ड क्रोटो, जेम्स आर. हीथ, सीन ओ'ब्रायन, रॉबर्ट कर्ल और रिचर्ड स्माले द्वारा दोहराया गया, जिन्होंने प्रमुख C60 अणु के लिए काटे गए आईकोसाहेड्रोन संरचना का प्रस्ताव दिया, और इसके लिए नाम बकमिंस्टरफुल्लेरेने प्रस्तावित किया। 1980 के दशक से अर्धचालक तत्वों के नैनोक्लस्टर्स, कंपाउंड क्लस्टर्स और ट्रांजिशन मेटल नैनोक्लस्टर्स पर जबरदस्त काम हुआ है।

जापानी गणितीय भौतिक विज्ञानी रोगो कुबो के अनुसार, ऊर्जा स्तरों के अंतर की भविष्यवाणी किसके द्वारा की जा सकती है,$$\delta=\frac{E_{\rm F}}{N}$$ जहां EF फर्मी ऊर्जा है और N परमाणुओं की संख्या है। परिमाण परिरोध के लिए  '𝛿' को तापीय ऊर्जा के बराबर होने का अनुमान लगाया जा सकता है ($&delta; = kT$), जहां k बोल्ट्जमैन स्थिरांक है और T तापमान है।

संरचना और स्थिरता
परमाणु समूहों के भौतिक और रासायनिक गुण समान संरचना वाले थोक ठोस से बहुत भिन्न होते हैं। अंतर इस तथ्य के कारण है कि उनके घटक परमाणुओं का एक बड़ा अंश उनकी सतह पर पाया जाता है। दो दर्जन से कम घटक परमाणुओं या अणुओं वाले क्लस्टर मुख्य के लिए, स्थिर विन्यास में आमतौर पर मुख्य सतह से सटे हुये अधिकांश या सभी परमाणु होते हैं, और इस प्रकार केवल आंशिक रूप से अन्य मूल तत्वों से बंधे होते हैं।

आणविक प्रजातियों के गुणों और कोर में परमाणुओं की बढ़ती संख्या के साथ संबंधित बल्क मिश्रण के गुणों के बीच एक क्रमिक संक्रमण होता है, क्योंकि इसकी सतह से सटे परमाणुओं का अंश लगभग N−1/3 के रूप में होगा. अगर N105 है, जब क्लस्टर को एक नैनोपार्टिकल माना जा सकता है, तो कोर में लगभग 10% परमाणु ही इसकी सतह पर उजागर होंगे। यह अभी भी महत्वपूर्ण प्रतिशत है, जो इस कारण का हिस्सा है कि नैनोकणों के गुण अभी भी थोक पदार्थों से काफी अलग हैं।

संक्रमण धातु समूह अक्सर दुर्दम्य धातु परमाणुओं से बने होते हैं। सामान्य धातु केंद्रों में विस्तारित डी-कक्षीय के साथ वैलेंस कक्षाओं के अनुकूल ओवरलैप के कारण स्थिर क्लस्टर बनते हैं। इस प्रकार, बाद की धातुओं के लिए कम ऑक्सीकरण अवस्था वाली धातुएँ और प्रारंभिक धातुओं के लिए मध्य-ऑक्सीकरण अवस्थाएँ स्थिर समूहों का निर्माण करती हैं। पॉलीन्यूक्लियर धातु कार्बोनिल आमतौर पर कम औपचारिक ऑक्सीकरण अवस्था के साथ देर से संक्रमण धातुओं में पाए जाते हैं। पॉलीहेड्रल कंकाल इलेक्ट्रॉन जोड़ी सिद्धांत या केनेथ वेड के इलेक्ट्रॉन गिनती नियम कई धातु समूहों की स्थिरता और संरचनाओं में प्रवृत्तियों की भविष्यवाणी करते हैं। जेमिस Mएनओ नियमों ने धातु समूहों की सापेक्ष स्थिरता में अतिरिक्त अंतर्दृष्टि प्रदान की है।

सभी क्लस्टर स्थिर नहीं हैं। नैनोक्लस्टर्स की स्थिरता नैनोक्लस्टर में परमाणुओं की संख्या, वैलेंस (रसायन विज्ञान) इलेक्ट्रॉन गणना और प्रावरण मंचक पर निर्भर करती है। 1990 के दशक में, हीर और उनके सहकर्मियों ने एक अक्रिय गैस की उपस्थिति में एक परमाणु क्लस्टर स्रोत के सुपरसोनिक विस्तार को एक निर्वात में इस्तेमाल किया और परमाणु क्लस्टर बीम का उत्पादन किया।। हीर की टीम और ब्रैक एट अल को पता चला कि निर्मित धातु नैनोक्लस्टर के कुछ द्रव्यमान स्थिर थे और जादुई क्लस्टर की तरह थे। इन जादुई समूहों के परमाणुओं की संख्या या कोर का आकार परमाणु गोले के बंद होने से मेल खाता है। एयू25(एसआर)18, एयू38(एसआर)24, एयू102(एसआर)44 और एयू144(एसआर)60 जैसे कुछ थिओलेटेड क्लस्टर्स ने भी जादुई संख्या (भौतिकी) स्थिरता दिखाई। हक्किनन एट अल ने इस स्थिरता को एक सिद्धांत के साथ समझाया कि एक नैनोक्लस्टर स्थिर है यदि वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की संख्या परमाणु ऑर्बिटल्स के शेल क्लोजर से मेल खाती है (1S2, 1P6, 1D10, 2S2 1F14, 2P6 1G18, 2D10 3S2 1H22.......)।

गैस-चरण क्लस्टर और फुलरीन
द्रव्यमान द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री माध्यम से गैस-चरण में  भी अस्थिर समूहों को देखा जा सकता है, भले ही वे ऊष्मागतिक रूप से अस्थिर हो सकते हैं और संघनन पर आसानी से एकत्रित हो सकते हैं। इस तरह के नग्न क्लस्टर, यानी जो लिगैंड्स द्वारा स्थिर नहीं होते हैं, अक्सर लेजर प्रेरित वाष्पीकरण - या पृथक - थोक धातु या धातु युक्त यौगिक द्वारा उत्पादित होते हैं। आमतौर पर, यह दृष्टिकोण आकार के वितरण का व्यापक वितरण करता है। उनकी इलेक्ट्रॉनिक संरचनाओं को फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी जैसी तकनीकों से पूछताछ की जा सकती है, जबकि इन्फ्रारेड मल्टीफ़ोटो पृथक्करण स्पेक्ट्रोस्कोपी,क्लस्टर ज्यामिति की अधिक जांच कर रही है। उनके गुण (अभिक्रियाशीलता (रसायन विज्ञान), आयनीकरण क्षमता, HOMO-LUMO-गैप) अक्सर एक स्पष्ट आकार निर्भरता दिखाते हैं। ऐसे समूहों के  कुछ उदाहरण एल्यूमीनियम क्लस्टर हैं जैसे सुपरएटम और कुछ सोने के क्लस्टर। कुछ धातु समूहों को धातु की सुगंध प्रदर्शित करने के लिए माना जाता है। कुछ मामलों में, लेज़र अपक्षरण प्रयोगों के परिणाम अलग-अलग यौगिकों में अनुवादित किए जाते हैं, और प्रमुख मामले कार्बन के समूह होते हैं जिन्हें फुलरीन कहा जाता है, विशेष रूप से सूत्र C60,C70और C84के साथ समू । फुलरीन के गोले को छोटे अणुओं से भरा जा सकता है, जिससे एंडोहेड्रल फुलरीन बनता है।

ठोस अवस्था माध्यम
वस्तुतः किसी भी तत्व के नैनोक्लस्टर बीम बनाने के लिए आणविक बीम का उपयोग किया जा सकता है। बड़े पैमाने पर चयन, पृथक्करण और विश्लेषण के लिए द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर के साथ मिलकर आणविक बीम तकनीकों के साथ उन्हें उच्च निर्वात में संश्लेषित किया जा सकता है। और यह अंत में डिटेक्टरों के साथ पता चला।

क्लस्टर स्रोत
सीडेड सुपरसोनिक नोज़ल सीडेड सुपरसोनिक नोज़ल का उपयोग अधिकतर निम्न-क्वथनांक धातु के समूह बनाने के लिए किया जाता है। इस स्रोत विधि में धातु को गर्म ओवन में वाष्पित किया जाता है। धातु वाष्प को अक्रिय वाहक गैस (सीड इन) के साथ मिलाया जाता है। वाष्प मिश्रण को एक छोटे छेद के माध्यम से एक निर्वात कक्ष में बाहर निकाल दिया जाता है, जिससे सुपरसोनिक आणविक किरण उत्पन्न होती है। निर्वात में विस्तार वाष्प को ठंडा करने वाली रूद्धोष्म प्रक्रिया को आगे बढ़ाता है। ठंडी धातु वाष्प अतिसंतृप्त बन जाती है, क्लस्टर रूप में संघनित होती है।

गैस एकत्रीकरण गैस एकत्रीकरण का उपयोग ज्यादातर नैनोकणों के बड़े समूहों को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है। धातु को वाष्पीकृत किया जाता है और ठंडी अक्रिय गैस के प्रवाह में प्रस्तावित किया जाता है, जिससे वाष्प अत्यधिक अतिसंतृप्त हो जाती है। अक्रिय गैस के कम तापमान के कारण, क्लस्टर उत्पादन मुख्य रूप से क्रमिक एकल-परमाणु जोड़ से आगे बढ़ता है।

लेज़र वेपोराइज़ेशन लेज़र वेपोराइज़ेशन स्रोत का उपयोग विभिन्न आकार और ध्रुवता के क्लस्टर बनाने के लिए किया जा सकता है। स्पंदित लेजर का उपयोग लक्ष्य धातु की छड़ को वाष्पीकृत करने के लिए किया जाता है और छड़ को सर्पिल में घुमाया जाता है ताकि हर बार एक ताजा क्षेत्र वाष्पित हो सके। वाष्पित धातु वाष्प को ठंडी हीलियम गैस का उपयोग करके ठंडा किया जाता है, जिससे क्लस्टर का निर्माण होता है।

स्पंदित चाप क्लस्टर आयन यह लेजर वाष्पीकरण के समान है, लेकिन लक्ष्य धातु को वाष्पित करने के लिए एक तीव्र विद्युत निर्वहन का उपयोग किया जाता है।

आयन स्पटरिंग आयन स्पटरिंग स्रोत धातुओं के छोटे एकल आयनित क्लस्टर की एक तीव्र निरंतर किरण उत्पन्न करता है। उच्च ऊर्जावान अक्रिय गैस (क्रिप्टन और जीनॉन) आयनों के साथ सतह पर बमबारी करके क्लस्टर आयन बीम का उत्पादन किया जाता है। क्लस्टर उत्पादन प्रक्रिया अभी भी पूरी तरह से समझ में नहीं आई है।

द्रव-धातु आयन द्रव-धातु आयन स्रोत में जांच की जाने वाली धातु से एक सुई को गीला किया जाता है। धातु को गलनांक से ऊपर गर्म किया जाता है और एक विभवांतर लगाया जाता है। सुई की नोक पर एक बहुत ही उच्च विद्युत क्षेत्र नोक से निकलने वाली छोटी बूंदों के एक फुहार का कारण बनता है। प्रारंभ में बहुत गर्म और अक्सर बहुगुणित आयनित बूंदें बाष्पीकरणीय शीतलन और छोटे समूहों में विखंडन से गुजरती हैं।

द्रव्यमान विश्लेषक
वीन फिल्टर वीन फिल्टर में द्रव्यमान पृथक्करण आयनित क्लस्टर बीम के लंबवत सजातीय विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के साथ किया जाता है। द्रव्यमान M,आवेश Q,और v के साथ चार्ज किए गए क्लस्टर पर शुद्ध बल E = Bv/c गायब हो जाता है। क्लस्टर आयनों को वोल्टेज V द्वारा ऊर्जा QV में त्वरित किया जाता है। फ़िल्टर से गुजरते हुए, M/Q = 2V/(Ec/B) वाले क्लस्टर अविचलित होते हैं। अविचलित क्लस्टर आयनों को उचित रूप से स्थित कोलिमेटरों के साथ चुना जाता है।

चतुष्कोणीय द्रव्यमान विश्लेषक चतुष्कोणीय द्रव्यमान विश्लेषक इस सिद्धांत पर काम करता है कि दो आयामी चौगुने क्षेत्र में आयन प्रक्षेपवक्र स्थिर होते हैं यदि क्षेत्र में डीसी घटक पर उचित आयाम और आवृत्ति के साथ एक एसी घटक लगाया जाता है। यह उनके द्रव्यमान-आवेश अनुपात के आधार पर नमूना आयनों को फ़िल्टर करने के लिए ज़िम्मेदार है।

उड़ान द्रव्यमान स्पेक्ट्रोस्कोपी का समय। टाइम-ऑफ-फ्लाइट  द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री|टाइम-ऑफ-फ्लाइट स्पेक्ट्रोस्कोपी में एक आयन गन, एक फील्ड-फ्री वायर चैंबर#ड्रिफ्ट चैंबर्स और एक आयन क्लस्टर स्रोत होता है। तटस्थ क्लस्टर आयनित होते हैं, आमतौर पर स्पंदित लेजर या इलेक्ट्रॉन बीम प्रसंस्करण का उपयोग करते हैं। आयन गन उन आयनों को गति देती है जो फील्ड-फ्री ड्रिफ्ट स्पेस (फ्लाइट ट्यूब) से गुजरते हैं और अंततः आयन डिटेक्टर से टकराते हैं। आमतौर पर एक आस्टसीलस्कप आयनों के आगमन के समय को रिकॉर्ड करता है। द्रव्यमान की गणना उड़ान के मापा समय से की जाती है।

आणविक बीम क्रोमैटोग्राफी। इस पद्धति में, एक लेजर वाष्पीकृत क्लस्टर स्रोत में उत्पादित क्लस्टर आयनों को बड़े पैमाने पर चुना जाता है और प्रवेश और निकास एपर्चर के साथ एक लंबी निष्क्रिय-गैस-भरी बहाव ट्यूब में पेश किया जाता है। चूंकि क्लस्टर गतिशीलता टकराव सिद्धांत # अक्रिय गैस के साथ दर समीकरणों पर निर्भर करती है, वे क्लस्टर आकार और आकार के प्रति संवेदनशील होते हैं।

Time of flight mass spectroscopy. Time-of-flight spectroscopy consists of an ion gun, a field-free drift space and an ion cluster source. The neutral clusters are ionized, typically using pulsed laser or an electron beam. The ion gun accelerates the ions that pass through the field-free drift space (flight tube) and ultimately impinge on an ion detector. Usually an oscilloscope records the arrival time of the ions. The mass is calculated from the measured time of flight.

जलीय माध्यम
सामान्य तौर पर, एक जलीय माध्यम में धातु नैनोकल को दो चरणों में संश्लेषित किया जाता है: धातु आयनों को शून्य-वैलेंट स्थिति में कमी और नैनोक्लस्टर्स का स्थिरीकरण। स्थिरीकरण के बिना, धातु नैनोकल एक दूसरे के साथ दृढ़ता से बातचीत करेंगे और बड़े कणों को बनाने के लिए अपरिवर्तनीय रूप से एकत्रित होंगे।

कमी
चांदी के आयन को शून्य-वैलेंट चांदी के परमाणुओं में कम करने के लिए कई तरीके बताए गए हैं:


 * रासायनिक कमी। रासायनिक अपचायक चांदी के आयनों को चांदी के नैनोक्लस्टर में कम कर सकते हैं। रासायनिक अपचायक के कुछ उदाहरण हैं सोडियम बोरोहाइड्राइड (NaBH4) और सोडियम हाइपोफॉस्फाइट (NaPO2H2।एच2ओ). उदाहरण के लिए, डिक्सन और उनकी शोध टीम ने सोडियम बोरोहाइड्राइड का उपयोग करके डीएनए में चांदी के नैनोक्लस्टर्स को संश्लेषित किया है।
 * विद्युत रासायनिक कमी। स्थिर करने वाले एजेंटों की उपस्थिति में रिडक्टेंट्स का उपयोग करके सिल्वर नैनोक्लस्टर्स को इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री को भी कम किया जा सकता है dodecanethiol और टेट्राब्यूटाइलमोनियम। * फोटो में कमी। सिल्वर नैनोक्लस्टर्स को पराबैंगनी प्रकाश, दृश्य या अवरक्त प्रकाश का उपयोग करके उत्पादित किया जा सकता है। photoreduction प्रक्रिया के कई फायदे हैं जैसे कि अशुद्धियों की शुरूआत से बचना, तेजी से संश्लेषण और नियंत्रित कमी। उदाहरण के लिए डियाज़ और उनके सहकर्मियों ने PMAA बहुलक की उपस्थिति में चांदी के आयनों को नैनोक्लस्टर में कम करने के लिए दृश्य प्रकाश का उपयोग किया है। कुंवर एट अल ने इन्फ्रारेड लाइट का उपयोग करके सिल्वर नैनोक्लस्टर्स का उत्पादन किया। * अन्य कमी के तरीके। गामा किरणों, माइक्रोवेव या अल्ट्रासाउंड के साथ चांदी के आयनों को कम करके चांदी के नैनोक्लस्टर भी बनते हैं। उदाहरण के लिए जलीय घोलों में गामा रिडक्शन तकनीक द्वारा निर्मित सिल्वर नैनोक्लस्टर्स जिनमें सोडियम polyacrylate या आंशिक रूप से कार्बोक्सिलेटेड polyacrylamide या ग्लूटेरिक एसिड होते हैं। लिन्जा ली ने माइक्रोवेव को विकिरणित करके पीMएए में फ्लोरोसेंट सिल्वर नैनोक्लस्टर्स तैयार किए, जिनमें आमतौर पर लाल रंग का उत्सर्जन होता है। इसी तरह सुस्लीक एट अल। पीMएए पॉलिमर की उपस्थिति में उच्च अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके चांदी के नैनोक्लस्टर्स को संश्लेषित किया है।

स्थिरीकरण
क्रायोजेनिक गैस अणुओं का उपयोग ठोस अवस्था में नैनोकलस्टर संश्लेषण के लिए मचान के रूप में किया जाता है। जलीय माध्यम में नैनोक्लस्टर्स को स्थिर करने के दो सामान्य तरीके हैं: इलेक्ट्रोस्टाटिक्स (चार्ज, या अकार्बनिक) स्थिरीकरण और स्टेरिक प्रभाव (कार्बनिक) स्थिरीकरण। इलेक्ट्रोस्टैटिक स्थिरीकरण अक्सर-इलेक्ट्रोफाइल धातु की सतह पर आयनों के सोखने से होता है, जो एक विद्युत दोहरी परत बनाता है। इस प्रकार, अलग-अलग कणों के बीच यह कूलम्ब प्रतिकर्षण बल उन्हें ढेर के बिना स्वतंत्र रूप से बहने की अनुमति नहीं देगा। जबकि दूसरी ओर स्टेरिक स्थिरीकरण में, धातु केंद्र स्टेरिक रूप से थोक सामग्री की परतों से घिरा होता है। ये बड़े adsorbates एक त्रिविम अवरोध प्रदान करते हैं जो धातु कण केंद्रों के निकट संपर्क को रोकता है।

थिओल्स। थिओल्स और सोने और चांदी के बीच मजबूत बातचीत के कारण थिओल युक्त छोटे अणु धातु नैनोकणों के संश्लेषण में सबसे अधिक अपनाए जाने वाले स्टेबलाइजर्स हैं। एयू को कम करके दृश्य चमक के साथ सोने के नैनोक्लस्टर्स को संश्लेषित करने के लिए ग्लूटेथिओन को एक उत्कृष्ट स्टेबलाइजर दिखाया गया है।3+ सोडियम बोरोहाइड्राइड के साथ ग्लूटाथियोन की उपस्थिति में (NaBH4). इसके अलावा अन्य थियोल जैसे कि टियोप्रोन का, फेनिलथाइलथिओलेट, थियोलेट α-साइक्लोडेक्सट्रिन और 3-मर्कैप्टोप्रोपियोनिक एसिड और बिडेंटेट डायहाइड्रोलिपोइक एसिड अन्य थिओलेटेड यौगिक हैं जिनका उपयोग वर्तमान में धातु नैनोक्लस्टर के संश्लेषण में किया जा रहा है। आकार के साथ-साथ नैनोक्लस्टर की ल्यूमिनेसेंस दक्षता थिओल-टू-मेटल मोल अंश पर संवेदनशील रूप से निर्भर करती है। अनुपात जितना अधिक होगा, नैनोक्लस्टर उतने ही छोटे होंगे। थियोल-स्टेबलाइज्ड नैनोक्लस्टर्स को मजबूत और साथ ही हल्के रिडक्टेंट्स का उपयोग करके उत्पादित किया जा सकता है। थिओल्ड मेटल नैनोक्लस्टर्स ज्यादातर मजबूत रिडक्टेंट सोडियम बोरोहाइड्राइड (NaBH4). हल्के रिड्यूसेंट टेट्राकिस (हाइड्रॉक्सीमिथाइल) फॉस्फोनियम क्लोराइड | टेट्राकिस (हाइड्रॉक्सीमेथाइल) फॉस्फोनियम (टीएचपीसी) का उपयोग करके भी गोल्ड नैनोक्लस्टर संश्लेषण प्राप्त किया जा सकता है। यहां स्टेबलाइज़र के रूप में एक zwitterion थियोलेट लिगैंड, डी-पेनिसिलमाइन (डीपीए) का उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, थिओल्स के साथ बड़े नैनोकणों को नक़्क़ाशी करके नैनोक्लस्टर्स का उत्पादन किया जा सकता है। अन्य कैपिंग एजेंटों द्वारा स्थिर किए गए बड़े नैनोकणों को उकेरने के लिए थिओल्स का उपयोग किया जा सकता है। डेनड्रीमर्स। डेंड्रिमर्स का उपयोग नैनोक्लस्टर्स को संश्लेषित करने के लिए टेम्पलेट्स के रूप में किया जाता है। पॉली (पाली (MिडोMाइन)) डेंड्रिमर (PAMAM) में M्बेडेड गोल्ड नैनोक्लस्टर्स को सफलतापूर्वक संश्लेषित किया गया है। PAMAM विभिन्न पीढ़ियों के साथ बार-बार शाखित अणु होते हैं। नैनोक्लस्टर्स के प्रतिदीप्ति गुण संश्लेषण के लिए टेम्पलेट के रूप में उपयोग किए जाने वाले डेंड्रिमर्स के प्रकारों पर संवेदनशील रूप से निर्भर हैं। अलग-अलग टेम्प्लेट में M्बेडेड मेटल नैनोक्लस्टर्स विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर अधिकतम उत्सर्जन दिखाते हैं। प्रतिदीप्ति संपत्ति में परिवर्तन मुख्य रूप से कोलाइडल गोल्ड # सिंथेसिस द्वारा सतह संशोधन के कारण होता है। हालांकि PAMAM में M्बेडेड सोने के नैनोकल नीले-उत्सर्जक होते हैं, लेकिन स्पेक्ट्रम को पराबैंगनी से निकट-अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी | निकट-अवरक्त (NIR) क्षेत्र और सापेक्ष PAMAM/सोने की सघनता और डेंड्रिमर पीढ़ी को विविध किया जा सकता है। तैयार किए गए छोटे सोने के नैनोकणों के समाधान में मर्कैप्टौंडेकेनोइक एसिड (Mयूए) जोड़कर हरे-उत्सर्जक सोने के नैनोकल को संश्लेषित किया जा सकता है। हौसले से कम किए गए लिपोइक एसिड (डीएचएलए) सोने के नैनोकल (एयू @ डीएचएलए) के अलावा लाल उत्सर्जक फ्लोरोफोरस बन जाते हैं।

पॉलीमर। प्रचुर मात्रा में कार्बोज़ाइलिक तेजाब समूहों वाले पॉलिमर की पहचान अत्यधिक फ्लोरोसेंट, पानी में घुलनशील चांदी के नैनोक्लस्टर्स को संश्लेषित करने के लिए आशाजनक टेम्पलेट्स के रूप में की गई थी। फ्लोरोसेंट सिल्वर नैनोक्लस्टर्स को पॉली (मेथैक्रेलिक एसिड), पॉली के माइक्रोजेल (N-isopropylacrylamide-acrylic acid-2-hydroxyethyl acrylate) पॉलीग्लिसरॉल-ब्लॉक-पॉली (एक्रिलिक एसिड) copolymer पॉलीइलेक्ट्रोलाइट, पॉली (पाली (मेथैक्रेलिक एसिड)) (PMAA) पर सफलतापूर्वक संश्लेषित किया गया है। वगैरह। गोल्ड नैनोक्लस्टर्स को पॉलीएथिलMीन (पीईआई) और polyvinylpyrrolidone | पॉली (एन-विनाइलपीरोलिडोन) (पीवीपी) टेम्पलेट्स के साथ संश्लेषित किया गया है। लीनियर पॉलीएक्रिलेट्स, पॉली (मेथैक्रेलिक एसिड), फोटोरिडक्शन द्वारा पानी के घोल में सिल्वर नैनोक्लस्टर तैयार करने के लिए एक उत्कृष्ट मचान के रूप में कार्य करते हैं। पॉली (मेथैक्रेलिक एसिड) -स्थिर नैनोकल में उत्कृष्ट उच्च क्वांटम उपज होती है और इसे अन्य मचान या सॉल्वैंट्स में स्थानांतरित किया जा सकता है और स्थानीय पर्यावरण को समझ सकता है। डीएनए, प्रोटीन और पेप्टाइड्स। धातु नैनोक्लस्टर्स को संश्लेषित करने के लिए डीएनए oligonucleotide अच्छे टेम्पलेट हैं। सिल्वर आयन एकल-फंसे डीएनए में साइटोसिन बेस के लिए एक उच्च संबंध रखते हैं जो डीएनए को छोटे चांदी के नैनोक्लस्टर्स को संश्लेषित करने के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार बनाता है। लूप में साइटोसिन की संख्या Ag NC की स्थिरता और प्रतिदीप्ति को ट्यून कर सकती है। अत्यधिक फ्लोरोसेंट धातु नैनोकल को संश्लेषित करने के लिए पेप्टाइड्स और प्रोटीन जैसे जैविक मैक्रो मोलेक्यूल्स का उपयोग टेम्पलेट्स के रूप में भी किया गया है। छोटे पेप्टाइड्स की तुलना में, बड़े और जटिल प्रोटीनों में प्रचुर मात्रा में बाध्यकारी साइटें होती हैं जो संभावित रूप से धातु के आयनों को बांध सकती हैं और कम कर सकती हैं, इस प्रकार छोटे धातु नैनोकल के टेम्पलेट-संचालित गठन के लिए बेहतर मचान प्रदान करती हैं। साथ ही एंजाइमों के उत्प्रेरक कार्य को बहु-कार्यात्मक नैनोप्रोब्स के निर्माण को संभव बनाने के लिए एक क्लस्टर में धातु नैनोक्लस्टर्स की प्रतिदीप्ति संपत्ति के साथ जोड़ा जा सकता है।

अकार्बनिक मचान। धातु के नैनोक्लस्टर्स को संश्लेषित करने के लिए ग्लास और ज़ीइलाइट जैसी अकार्बनिक सामग्री का भी उपयोग किया जाता है। स्थिरीकरण मुख्य रूप से समूहों के स्थिरीकरण से होता है और इस प्रकार बड़े नैनोकणों के निर्माण के लिए उनकी प्रवृत्ति को रोकता है। पहले मेटल आयन डोप्ड ग्लास तैयार किए जाते हैं और बाद में लेजर विकिरण द्वारा फ्लोरोसेंट नैनोक्लस्टर बनाने के लिए मेटल आयन डोप्ड ग्लास को सक्रिय किया जाता है। जिओलाइट्स में, छिद्र जो एंगस्ट्रॉम|एंगस्ट्रॉम आकार सीमा में होते हैं, उन्हें धातु आयनों के साथ लोड किया जा सकता है और बाद में या तो गर्मी उपचार, यूवी प्रकाश उत्तेजना, या दो-फोटॉन उत्तेजना द्वारा सक्रिय किया जा सकता है। सक्रियण के दौरान, चांदी के आयन नैनोक्लस्टर बनाने के लिए गठबंधन करते हैं जो सीमित पिंजरे के आयामों के कारण केवल ओलिगोमेरिक आकार तक बढ़ सकते हैं। छोटे अणु। CuNCs के संश्लेषण के लिए कुछ छोटे अणुओं को स्टेबलाइजर्स या रिडक्टेंट्स के रूप में भी उपयोग किया जाता है। ये छोटे अणु आमतौर पर थिओल्स या कार्बोक्सिल समूह होते हैं, जो धातु के लवणों के लिए अच्छी न्यूनता और धातु आयनों के लिए आत्मीयता प्रदर्शित करते हैं। अल्ट्रासोनिक उपचार द्वारा जीएसएच-संरक्षित क्यूएनसी के तेजी से संश्लेषण के लिए एक विधि है। GSH को एक जलीय घोल में Cu (II) आयनों के साथ मिलाया गया था, और NaOH का उपयोग करके pH को 6.0 पर समायोजित किया गया था, इसके बाद 15 मिनट के लिए अल्ट्रासोनिक उपचार किया गया था। शुद्धिकरण के बाद लाल उत्सर्जक फ्लोरोसेंट क्यूएनसी प्राप्त किए गए थे। संरचनात्मक और ऑप्टिकल विश्लेषण से पता चला है कि उच्च घनत्व ने एनसी के बीच और भीतर सह-बंधुता Cu(I)···Cu(I) बातचीत को बढ़ाया, और लिगैंड के इंट्रामोल्युलर कंपन और रोटेशन को बाधित किया। स्व-असेंबली रणनीति भी घटक में CuNCs की नियमितता को समायोजित करने की अनुमति देती है, जिसके परिणामस्वरूप विभिन्न उत्सर्जन रंगों के साथ बहुरूपी CuNCs घटक होते हैं।

चुंबकीय गुण
नैनोक्लस्टर में अधिकांश परमाणु सतही परमाणु होते हैं। इस प्रकार, यह उम्मीद की जाती है कि एक समूह में एक परमाणु का चुंबकीय क्षण थोक सामग्री में एक से बड़ा होगा। धातु समूहों में कम समन्वय, कम आयामीता और बढ़ती अंतर-परमाणु दूरी नैनोकल में चुंबकीय क्षण को बढ़ाने में योगदान करती है। धातु के नैनोक्लस्टर भी चुंबकीय गुणों में परिवर्तन दिखाते हैं। उदाहरण के लिए, वैनेडियम और रोडियाम बल्क में अनुचुंबकत्व हैं लेकिन नैनोक्लस्टर्स में लोह चुंबकत्व बन जाते हैं। इसके अलावा, मैंगनीज बल्क में एंटीफेरोमैग्नेटिक है लेकिन नैनोक्लस्टर्स में फेरोमैग्नेटिक है। एक छोटा नैनोक्लस्टर एक नैनोमैग्नेट है, जिसे केवल इसकी संरचना को बदलकर गैर-चुंबकीय बनाया जा सकता है। तो वे एक नैनोमैग्नेटिक स्विच का आधार बना सकते हैं।

प्रतिक्रियाशीलता गुण
बड़े सतह-से-आयतन अनुपात और सतह के परमाणुओं का कम समन्वय नैनोक्लस्टर्स की अनूठी प्रतिक्रियाशीलता (रसायन विज्ञान) के प्राथमिक कारण हैं। इस प्रकार, नैनोक्लस्टर व्यापक रूप से उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किए जाते हैं। गोल्ड नैनोक्लस्टर उत्प्रेरक का एक उत्कृष्ट उदाहरण है। जबकि थोक सोना रासायनिक रूप से रासायनिक रूप से निष्क्रिय है, यह नैनोमीटर पैमाने पर कम होने पर अत्यधिक प्रतिक्रियाशील हो जाता है। क्लस्टर प्रतिक्रियाशीलता को नियंत्रित करने वाले गुणों में से एक इलेक्ट्रॉन संबंध है। आवर्त सारणी में किसी भी पदार्थ की तुलना में क्लोरीन में उच्चतम इलेक्ट्रॉन बंधुता होती है। समूहों में उच्च इलेक्ट्रॉन संबंध हो सकते हैं और उच्च इलेक्ट्रॉन संबंध वाले नैनोकल को सुपर हैलोजन के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। सुपर हैलोजन धातु के परमाणु होते हैं जो हलोजन परमाणुओं से घिरे होते हैं।

ऑप्टिकल गुण
सामग्रियों के ऑप्टिकल गुण उनकी इलेक्ट्रॉनिक संरचना और ऊर्जा अंतराल द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। उच्चतम अधिकृत आणविक कक्षीय और निम्नतम खाली आणविक कक्षीय (HOMO/LUMO) के बीच ऊर्जा अंतर एक नैनोक्लस्टर के आकार और संरचना के साथ भिन्न होता है। इस प्रकार, नैनोक्लस्टर्स के ऑप्टिकल गुण बदलते हैं। इसके अलावा, अंतराल को अलग-अलग लिगेंड या पृष्ठसक्रियकारक के साथ नैनोक्लस्टर्स को कोटिंग करके संशोधित किया जा सकता है। नैनोक्लस्टर को सिलवाया बैंड अंतराल के साथ डिजाइन करना भी संभव है और इस प्रकार नैनोक्लस्टर के आकार और कोटिंग परत को ट्यून करके ऑप्टिकल गुणों को तैयार करना संभव है।

अनुप्रयोग
नैनोक्लस्टर्स में संभावित रूप से अनुप्रयोग के कई क्षेत्र होते हैं क्योंकि उनके पास अद्वितीय ऑप्टिकल, विद्युत, चुंबकीय और प्रतिक्रियात्मक गुण होते हैं। नैनोक्लस्टर्स बायोकम्पैटिबिलिटी, अल्ट्रास्मॉल हैं, और उज्ज्वल उत्सर्जन प्रदर्शित करते हैं, इसलिए प्रतिदीप्ति जैव इमेजिंग या सेलुलर लेबलिंग के लिए आशाजनक उम्मीदवार हैं। इन विट्रो और विवो दोनों में अध्ययन के लिए फ्लोरोफोरस के साथ नैनोक्लस्टर्स का व्यापक रूप से धुंधला कोशिकाओं के लिए उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, नैनोक्लस्टर्स का उपयोग संवेदन और पहचान अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है। वे प्रतिदीप्ति शमन के आधार पर एक जलीय घोल में तांबे और पारा (तत्व) आयनों का पता लगाने में सक्षम हैं। साथ ही नैनोक्लस्टर्स का उपयोग करके कई छोटे अणुओं, जैविक संस्थाओं जैसे जैविक अणुओं, प्रोटीन, डीएनए और आरएनए का पता लगाया जा सकता है। अद्वितीय प्रतिक्रियाशीलता (रसायन विज्ञान) गुण और नैनोक्लस्टर्स में परमाणुओं के आकार और संख्या को नियंत्रित करने की क्षमता एक उत्प्रेरक प्रक्रिया में गतिविधि बढ़ाने और चयनात्मकता को ट्यून करने के लिए एक मूल्यवान तरीका साबित हुई है। इसके अलावा चूंकि नैनोपार्टिकल्स चुंबकीय सामग्री हैं और इन्हें ग्लास में M्बेड किया जा सकता है इसलिए इन नैनोक्लस्टर्स का उपयोग ऑप्टिकल डेटा स्टोरेज में किया जा सकता है जिसका उपयोग डेटा के किसी भी नुकसान के बिना कई वर्षों तक किया जा सकता है।

क्लस्टर यौगिकों के प्रमुख परिवार


अनंत प्रकार के यौगिक होते हैं जिनके अणु परमाणु समूह होते हैं या उनके मूल में ऐसे समूह होते हैं। नीचे कुछ वर्ग हैं जिन पर शोधकर्ताओं ने पर्याप्त ध्यान दिया है।

मेटालोकार्बोहेड्रीन्स
मेटालोकार्बोहेड्रीन्स (या शॉर्ट के लिए मेट-कार) आणविक सूत्र वाले समूहों का एक परिवार है, जहाँ M टाइटेनियम, वैनेडियम, zirconium, नाइओबियम, हेफ़नियम, मोलिब्डेनम, क्रोमियम या आयरन जैसी संक्रमणकालीन धातु है। उपयुक्त हाइड्रोकार्बन वाले वातावरण में वांछित धातु को लेजर से वाष्पीकृत करके उन्हें उत्पन्न किया जा सकता है। दो टीआई-सी इलेक्ट्रोड के बीच एक विद्युत चाप द्वारा उत्पन्न कालिख में, 1% या उससे कम की एकाग्रता पर भी उनका पता लगाया गया है। वे एक घन के कोनों पर धातु के परमाणुओं की सुविधा देते हैं, लेकिन कार्बन परमाणुओं को अंदर की ओर धकेल दिया जाता है ताकि उस घन के चेहरों के साथ लगभग समतलीय हो।

ज़िंटल क्लस्टर
ज़िंटल चरण में नग्न एनीओनिक क्लस्टर होते हैं जो भारी मुख्य समूह पी तत्वों की कमी से उत्पन्न होते हैं, ज्यादातर धातु या अर्ध धातु, क्षार धातुओं के साथ, अक्सर निर्जल तरल अमोनिया या एथिलीनडायमाइन में समाधान के रूप में। ज़िंटल आयनों के उदाहरण हैं [Bi3]3−, [सं9]4−, [पंजाब9]4−, और [एसबी7]3−.ज़िंटल आयन: सिद्धांत और हालिया विकास, पुस्तक श्रृंखला: संरचना और संबंध। टीएफ फास्लर (एड.), वॉल्यूम 140, स्प्रिंगर, हीडलबर्ग, '2011'  हालांकि इन प्रजातियों को नग्न समूह कहा जाता है, वे आमतौर पर क्षार धातु के धनायनों से दृढ़ता से जुड़े होते हैं। क्षार धातु धनायन के कूटलेखन परिसरों का उपयोग करके कुछ उदाहरणों को अलग किया गया है, उदाहरण के लिए, [Pb10]2− ऋणायन, जिसमें एक ढका हुआ चौकोर प्रतिप्रिज्मीय आकार होता है। वेड के नियम (2n+2) के अनुसार क्लस्टर इलेक्ट्रॉनों की संख्या 22 है और इसलिए एक क्लोजो क्लस्टर है। यौगिक K के ऑक्सीकरण से तैयार किया जाता है4पंजाब9 एयू द्वारा+ पीपीएच में32.2.2-क्रिप्ट के साथ एथिलीन डायमाइन में एयूसीएल (टेट्राक्लोरोऑरिक एसिड और ट्राइफेनिलफॉस्फीन की प्रतिक्रिया द्वारा)। इस प्रकार के क्लस्टर को पहले से ही एंडोहेड्रल के रूप में जाना जाता था [Ni@Pb10]2− (पिंजरे में एक निकल परमाणु होता है)। आइकोसाहेड्रल विश्वास करना क्लस्टर [Sn12]2− या स्टैनास्फेरीन आयन एक अन्य बंद खोल संरचना है जिसे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी के साथ देखा गया है (लेकिन अलग नहीं किया गया है)। 6.1 एंग्स्ट्रॉम | एंग्स्ट्रॉम के आंतरिक व्यास के साथ, यह फुलरीन के तुलनीय आकार का है और एंडोहेड्रल फुलरीन के समान ही छोटे परमाणुओं को समाहित करने में सक्षम होना चाहिए, और वास्तव में एक एसएन मौजूद है12 क्लस्टर जिसमें इर परमाणु होता है: [Ir@Sn12]3−.

यह भी देखें

 * क्लस्टर (भौतिकी)
 * सुपरएटम
 * जल के अणु समूह भी बनाते हैं: जल समूह देखें
 * धातुवाद
 * पाओलो चीनी
 * धातु कार्बोनिल क्लस्टर

बाहरी संबंध

 * http://cluster-science.net - scientific community portal for clusters, fullerenes, nanotubes, nanostructures, and similar small systems