科学家观察到原子如何组装成晶体

在颠覆材料设计的研究中,研究人员通过计算机模拟证明,可以设计出一种晶体,并将其反向加工成自组装的粒子形状。这可能会导致一种新型材料的出现,比如可以产生永不褪色的晶体涂层。密歇根大学化学工程系Anthony
C. Lembke系主任,《科学进展》高级作者Sharon
Glotzer说:这些结果转变了材料设计和我们对熵的理解,具有真正新特性的材料通常是偶然发现。例如在2004年用玻璃纸带和一块石墨做了一个有趣的实验,发现了石墨烯。

科技日报讯
英国研究人员首次能够观看晶体由原子一个一个地“搭建”而成的全过程,这赋予了他们令人难以置信的控制纳米微观结构的能力。这项被称为纳米晶体测量学(Nanocrystallometry)的新技术有望用于定制具有不同用途的晶体,比如净水剂或者隐形斗篷等。

图片 1

“这是第一次我们可以真正拍摄到单个原子的运动,并观察原子一个一个地组装成晶体。”英国华威大学的尼古拉斯:巴里说。

石墨烯因其强度、灵活性、透明度和导电性结合而成为获得诺贝尔奖的神奇材料。材料科学家们不愿坐等意外发现,而是希望能创造出一种神奇的材料,然后弄清楚如何制造它。这个团队称之为“数字炼金术”的正是这种设计材料的“逆向”方法——从期望的特性逆向工作。研究论文的通讯作者、加拿大安大略省金斯顿皇后大学物理学助理教授格雷格·范·安德斯(Greg
van
Anders)说:它真的让我们能够专注于研究结果,并利用所知道的东西,找到构建这种材料的起点。

在纳米尺度的世界里,即使是由同一材料制成的杆、球和点,也拥有显著不同的化学和物理性质。但迄今为止,科学家控制此类结构的能力有限,因为它们生长得太快,即使是最好的电子显微镜也捕捉不到。

图片 2

巴里和他的同事利用一张含有金属锇、碳和其他元素的分子薄膜开展了新实验。据《新科学家》杂志网站5月28日报道,他们将一束电子束射向分子薄膜,使大多数分子分裂并释放出单个锇原子,其余的则熔合成一个能够支撑这些自由原子的石墨烯晶格。而关键点在于,这个石墨烯晶格中含有杂质。

Glotzer是研究纳米粒子如何通过熵的惊人机制自组装的领导者,虽然熵通常被认为是无序的一种量度,但Glotzer团队利用熵从粒子中创造出有序的晶体。能这样做是因为熵并不是无序的,而是系统自由程度的一种度量。如果粒子有很大空间,它们就会随机地分布在空间中,当单个粒子有最大的自由时,粒子集合就有最大的自由。但是在Glotzer关注的系统中,粒子没有太多的空间。如果方向是随机的,大多数会被困住。

巴里解释说:“它掺杂了硼原子和硫原子,这能让石墨烯表面的单个金属原子的运动减速。”这些行动迟缓的原子和电子显微镜的图像捕捉速度一样,研究团队因此能够看到晶体生长的过程。

图片 3

相关文章

网站地图xml地图