美国杜克大学材料科学家们提出了一种新的“油醋”方法，来设计由球形纳米颗粒制成特殊结构的自组装材料。所得结构可用于光学、等离子体学、电子学和多级化学催化等领域，这项新技术研究发表在《ACS Nano》上。根据发展趋势，一个悬浮的球形纳米颗粒系统被设计成聚集在一起，通过尽可能紧密地包裹自己，将它们的接触点最大化。这导致了随机团簇或三维晶体结构的形成。但是材料科学家们经常想要建立更开放的低维度结构，比如弦或片，以利用在不同类型粒子之间的空间中可能发生的某些现象。
博科园：研究人员总是在寻找聪明的方法来精确控制这些空间和粒子的大小和位置。在这项新研究中，杜克大学机械工程和材料科学副教授高拉夫·艾利亚(Gaurav Arya)提出了一种方法，利用液体形成的分层结构，就像一瓶油醋酱放在架子上太久，无法混合在一起。当球形纳米颗粒被放入这样一个系统时，往往会在相对液体的界面上形成单层。但他们不必呆在那里。通过将“油”或“醋”分子附着在粒子表面，研究人员可以让它们更多地漂浮在分界线的一边。这些粒子想要最大限度地增加接触，形成块状结构。‘
但与此同时，不同液体的界面正试图迫使它们分成两层。所以有一个力量的竞争，可以用它来形成不同种类独特和有趣的结构。研究人员的想法是精确控制每个球形纳米颗粒被一种液体或另一种液体排斥量。根据计算，通过改变这种性质以及其他性质，比如纳米颗粒的组成和大小，材料科学家可以做出各种有趣的形状，从细长的分子状结构到只有两个纳米颗粒同时接触的z形结构。人们甚至可以想象几个不同的层一起工作来排列一个纳米颗粒系统。
- 在这个概念模型中，绿色和蓝色元素相互排斥，这不仅创造了一个粒子易于聚集的边界层，研究人员还可以将分子附加到单个的纳米颗粒上，使它们或多或少地受到单个层的排斥。这种方法是通过图像的中心来描述，而产生的结构可以从上面和下面的不同角度看到。图片：Gaurav Arya, Duke University
在概念验证论文中，纳米颗粒可以由任何物质制成。金或半导体可用于等离子体和电子器件，而其他金属元素可催化各种化学反应。与此同时，形成界面的相对基板是仿照各种类型的聚合物制成，这些聚合物也可用于此类应用。到目前为止，在这篇论文中，研究人员只介绍了组装方法，并展示了它创造这些你通常不会得到奇特安排的潜力。接下来还有很多事情要做。首先，想要探索研究人员使用这个概念可能产生的所有结构和阶段，还与实验员密切合作，测试这种方法的全部能力。
博科园-科学科普｜研究/来自: 杜克大学/Ken Kingery
参考期刊文献:《ACS Nano》
DOI: 10.1021/acsnano.8b08733
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