<p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1680241072152/1680241072152.jpg" width="808" height="539" />伊利諾伊州香檳市&mdash;&mdash;研究人員首次觀察到納米粒子自組裝和結(jié)晶成固體材料的過程。 在該團(tuán)隊(duì)制作的新視頻中，可以看到粒子如雨點(diǎn)般落下，沿著樓梯翻滾并四處滑動(dòng)，最后卡入到位，形成水晶標(biāo)志性的堆疊層。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的 Qian Chen 和西北大學(xué)的 Erik Lutijen 的帶領(lǐng)下，這項(xiàng)研究使用液相透射電子顯微鏡和計(jì)算模型獲得了前所未有的納米分辨率自組裝過程視圖。 該團(tuán)隊(duì)表示，這些新見解可用于設(shè)計(jì)新材料，包括用于電子應(yīng)用的薄膜。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究結(jié)果發(fā)表在《自然納米技術(shù)》雜志上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在這項(xiàng)工作之前，研究人員使用顯微鏡觀察微米大小的膠體顆粒&mdash;&mdash;比納米顆粒大 10 到 100 倍&mdash;&mdash;自組裝成晶體。 還有關(guān)于原子、分子或離子結(jié)構(gòu)單元的廣泛理論，它們比納米粒子小 10 到 100 倍。 然而，研究人員表示，在中間納米尺度上存在知識(shí)差距。</p> <p>&nbsp;</p> <p>改進(jìn)液相 TEM 的最新進(jìn)展使得實(shí)時(shí)觀察納米粒子形成固體材料成為可能。 Chen 的團(tuán)隊(duì)花了數(shù)年時(shí)間優(yōu)化該過程，以確保電子束可以在不損壞粒子的情況下觀察粒子。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;此前，我們的團(tuán)隊(duì)解決了成核之謎，即由數(shù)十個(gè)納米粒子組成的晶體胚胎是如何形成的，&rdquo;領(lǐng)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)工作的伊利諾伊大學(xué)香檳分校材料科學(xué)與工程教授陳說。 &ldquo;隨著液相 TEM 和數(shù)據(jù)科學(xué)的進(jìn)步，在這項(xiàng)工作中，我們現(xiàn)在可以捕捉和跟蹤數(shù)以千計(jì)的納米粒子隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在這項(xiàng)新研究中，研究人員使用不同形狀的納米粒子&mdash;&mdash;立方體、球體和鋸齒狀的立方體&mdash;&mdash;來探索形狀如何影響行為。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們知道原子使用類似的方案組裝成晶體，但我們從未見過實(shí)際的生長(zhǎng)過程，&rdquo;領(lǐng)導(dǎo)該研究的理論和計(jì)算部分的西北大學(xué)材料科學(xué)與工程教授 Luijten 說。 &ldquo;現(xiàn)在我們看到它聚集在一起，就在我們眼前。 通過觀察納米粒子，我們觀察到比原子大但比膠體小的粒子。 所以，我們已經(jīng)完成了長(zhǎng)度尺度的整個(gè)范圍。 我們正在填補(bǔ)缺失的長(zhǎng)度。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在伊利諾伊州研究生 Binbin Luo、Chang Liu、Ahyoung Kim 和 Zihao Ou 的實(shí)驗(yàn)中，粒子發(fā)生碰撞，粘在一起形成層。 顆粒形成水平層，然后垂直堆疊形成逐層晶體結(jié)構(gòu)。 有時(shí)，在彼此粘附后，顆粒會(huì)短暫分離并落到下面的一層上。 他們通過先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)一步可視化晶體形成，驗(yàn)證了來自不同大小顆粒的獨(dú)特組裝結(jié)構(gòu)的普遍趨勢(shì)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們使用的不同形狀的納米粒子在液體中擺動(dòng)并相互進(jìn)行不同的交流。 我們從數(shù)百個(gè)液相 TEM 電影中對(duì)它們的生長(zhǎng)行為進(jìn)行了采樣，以首次獲得統(tǒng)一的理解，&rdquo;前伊利諾伊州研究生、該研究的第一作者、目前在陶氏化學(xué)公司工作的羅說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;電影中嵌入了大量信息，&rdquo;目前就讀于斯坦福大學(xué)的前伊利諾伊州研究生 Ou 說。 &ldquo;我們教我們的計(jì)算機(jī)隨著時(shí)間的推移自動(dòng)提取位置、形狀和它們組裝成的網(wǎng)絡(luò)，使我們能夠?qū)㈦娪稗D(zhuǎn)化為可量化的物理參數(shù)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>Kim 曾是伊利諾伊州的研究生，目前在加州大學(xué)伯克利分校工作，他說納米粒子的一個(gè)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)是它們的形狀和表面化學(xué)性質(zhì)可以通過合成輕松改變。 陳組的研究生劉補(bǔ)充說：&ldquo;我們研究了立方體、球體和鋸齒狀的立方體； 它們相互追逐時(shí)擴(kuò)散不同，導(dǎo)致晶體的最終形狀不同。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>Luijten 表示，這些信息將有助于工程師設(shè)計(jì)新材料。 這種洞察力可以幫助設(shè)計(jì)通常用于制造柔性電子產(chǎn)品、發(fā)光二極管、晶體管和太陽能電池的薄膜材料。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;了解粒子如何聚集在一起將使我們能夠控制表面的形狀，&rdquo;Luijten 說。 &ldquo;你想要平坦的還是粗糙的表面？ 改變粒子形狀或粒子下落的速度會(huì)影響表面。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>美國(guó)能源部和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)支持這項(xiàng)研究。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Chen 還隸屬于伊利諾伊大學(xué)的材料研究實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)、化學(xué)和生物分子工程、Carl R. Woese 基因組生物學(xué)研究所和 Beckman 高級(jí)科學(xué)技術(shù)研究所。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>