美國杜克大學材料科學家們提出了一種新的“油醋”方法，來設計由球形納米顆粒製成特殊結構的自組裝材料。所得結構可用於光學、等離子體學、電子學和多級化學催化等領域，這項新技術研究發表在《ACS Nano》上。根據發展趨勢，一個懸浮的球形納米顆粒系統被設計成聚集在一起，通過儘可能緊密地包裹自己，將它們的接觸點最大化。這導致了隨機團簇或三維晶體結構的形成。但是材料科學家們經常想要建立更開放的低維度結構，比如弦或片，以利用在不同類型粒子之間的空間中可能發生的某些現象。
博科園：研究人員總是在尋找聰明的方法來精確控制這些空間和粒子的大小和位置。在這項新研究中，杜克大學機械工程和材料科學副教授高拉夫·艾利亞(Gaurav Arya)提出了一種方法，利用液體形成的分層結構，就像一瓶油醋醬放在架子上太久，無法混合在一起。當球形納米顆粒被放入這樣一個系統時，往往會在相對液體的界面上形成單層。但他們不必呆在那裡。通過將“油”或“醋”分子附著在粒子表面，研究人員可以讓它們更多地漂浮在分界線的一邊。這些粒子想要最大限度地增加接觸，形成塊狀結構。‘
但與此同時，不同液體的界面正試圖迫使它們分成兩層。所以有一個力量的競爭，可以用它來形成不同種類獨特和有趣的結構。研究人員的想法是精確控制每個球形納米顆粒被一種液體或另一種液體排斥量。根據計算，通過改變這種性質以及其他性質，比如納米顆粒的組成和大小，材料科學家可以做出各種有趣的形狀，從細長的分子狀結構到只有兩個納米顆粒同時接觸的z形結構。人們甚至可以想象幾個不同的層一起工作來排列一個納米顆粒系統。
- 在這個概念模型中，綠色和藍色元素相互排斥，這不僅創造了一個粒子易於聚集的邊界層，研究人員還可以將分子附加到單個的納米顆粒上，使它們或多或少地受到單個層的排斥。這種方法是通過圖像的中心來描述，而產生的結構可以從上面和下面的不同角度看到。圖片：Gaurav Arya, Duke University
在概念驗證論文中，納米顆粒可以由任何物質製成。金或半導體可用於等離子體和電子器件，而其他金屬元素可催化各種化學反應。與此同時，形成界面的相對基板是仿照各種類型的聚合物製成，這些聚合物也可用於此類應用。到目前為止，在這篇論文中，研究人員只介紹了組裝方法，並展示了它創造這些你通常不會得到奇特安排的潛力。接下來還有很多事情要做。首先，想要探索研究人員使用這個概念可能產生的所有結構和階段，還與實驗員密切合作，測試這種方法的全部能力。
博科園-科學科普｜研究/來自: 杜克大學/Ken Kingery
參考期刊文獻:《ACS Nano》
DOI: 10.1021/acsnano.8b08733
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