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纳米粒子实现1分钟完成自我装配

来源:凤凰科技   2014-06-13 12:22:58   点击:

导读: 徐婷(Ting Xu)带领的研究将基于嵌段共聚物的超分子与金纳米颗粒相结合,创造一种超材料,在太阳能,纳电子学,及计算机等领域有广泛应用潜力。

据科技日报报道,在纳米材料的研究领路又有科技新突破,美国能源部(DOE) 劳伦斯·伯克利国家实验室(LBNL)改进了一种技术,能在一分钟内在肉眼能见的距离内使得自我装配的纳米粒子阵列能形成高度有序的薄膜,这在以前是数小时才能完成的工作,这项技术在相应的领域是一个划时代的飞跃。

技术飞跃纳米粒子实现1分钟完成自我装配

劳伦斯·伯克利国家实验室是一个材料科学部门,首席研究领导是聚合物科学家徐婷(Ting Xu),她同时也任职于美国加州大学伯克利分校材料科学与工程学院和化学学院,他带领的研究重心在于使用基于嵌段共聚物的超分子溶剂引导纳米粒子阵列的自我装配,将基于嵌段共聚物的超分子与金纳米颗粒相结合,溶剂 经过退火处理后会迅速自我装配并形成分层级的结构薄膜,精确为横跨面积厘米级,这种技术,在太阳能,纳电子学,及计算机等一系列领域有广泛应用的潜力。

纳米粒子就像具有独特光学、电子学和机械特性的人造原子,诱发纳米粒子进行自我装配从而形成复杂结构和分层级的样式,于蛋白质的结构类似,它将在现代微型工艺学实现大量使用小一千倍的设备,实为是一场技术革命。

徐婷说道,“基于嵌段共聚物的超分子能够自我装配并形成大范围的具有微畴特征的形态学,考虑到它们的大小可以与纳米粒子相比拟,超分子的微畴提供了纳米粒子阵列自我装配的理想结构框架。”

金纳米粒子阵列成为超分子溶剂的一部分,以形成大约200纳米厚的薄膜。通过溶剂退火并利用三氯甲烷作为溶剂,纳米粒子阵列可以形成三维的圆柱体微畴,后者被塞入与表面平行的扭曲六方晶格内。

为了与纳米加工过程相兼容,为了避免因暴露在加工环境里而导致的纳米粒子特性的退化,自我装配的制造过程必须在几分钟内完成 。 徐婷领导的研究系统的分析了超分子纳米复合材料薄膜暴露在溶剂蒸汽里自我装配的热力学和动力学,发现通过最优化溶剂的量。

徐婷说道,“装配动力学可以精确的调节以实现在1分钟内产生分层级结构的薄膜。为了利用非共价键连接在聚合物侧链的小分子来建造基于嵌段共聚物的超分子,我们改变了能量全景图使得溶剂含量成为最重要的因素, 这使得我们能够利用少量的溶剂来实现纳米粒子阵列的快速定序”。

徐和同事在他们的薄膜里使用了金纳米粒子, 但这种超分子方法与其它化学成分的纳米粒子也兼容。徐介绍说道,“我们的金纳米复合材料薄膜表现出强大的依赖波长的光学各向异性,通过改变不同的溶剂就可以实现,”徐说道。“这提供了制造超材料的平板印刷术的可行替代方案。” 徐讲道,“利用与现代广泛应用的纳米加工过程——包括刮涂、喷墨印刷和动态区退火——相兼容的技术,我们应该能够创造一个具有操纵光和其它特性的纳米粒子装配库。”

徐领导研发的超分子技术在应用于这种超材料方面的潜力近些年获得行业极大的关注,超材料,能够向后弯曲光线,弥补了原自然材料先只能先后前曲光线的不足。因为材料有负的折射率,它们的电磁特性是自然材料难以达到的。超材料以及具有非凡光学特性的人造纳米构建物(nanoconstruct) 的制造开启新的大门。

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