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俄罗斯研发出材料“自装配”技术

【所属类目】:科技时讯      【添加时间】:2018-3-20 10:37:35      【关键字】:俄罗斯 材料 装配      【点击】:172      【转载地址】;中国驻俄使馆科技处

来自俄罗斯鄂木斯克国立技术大学官网的消息,该校科研团队研发出采用分子构建二维纳米结构材料的“自装配”技术,该技术的进一步完善可实现纳米技术的工业化应用。相应成果刊登在Physical Review B学术期刊上。

从原理上讲,可采用物质的原子和分子搭建具有不同结构的材料,但这种工艺方法只能在实验室条件下借助电子显微镜探针进行,还不能实现规模化生产。大自然中“自装配”技术的实例是生物细胞中的DNA,其结构非常复杂,但却在有机体内可大量繁殖,且精确到原子级别。对自然界的这种现象进行仿生,可获得特定结构的材料,比如,可用于制备碳纳米管,所获得的材料比现行技术方案精确得多。

为研发纳米结构材料“自装配”工艺,需首先解决薛定谔方程所述的量子力问题,该科研团队专门研发出采用二聚分子(此类分子具有哑铃型结构,可由原子、基团等构成)构建单元结构(最具二聚分子单元结构特点的材料为石墨烯)的研究方法、算法及相应计算机软件,通过仿真可预测材料所具有的性能,节省了探索试验的费用和时间。

研究发现,二聚分子可在基片表面形成特定的纳米结构,但在这个过程中可观察到相变“鬼梯”这一有趣的现象。其原因是,我们知道水有三相:固、液、气,而一些物质可形成无限多种稳定的相,就像一个具有无限阶梯的梯子,称之为“鬼梯”。

采用二聚分子在基片表面所形成的二维结构由相同的单元构成,为稳定的三角型(势能最低),这些单元控制着材料二维网络对称形成。由于三角型的规格可调整,即其各边可由一个或若干个分子构成,这样,二维平面“铺设”的结果可多种多样。实验证明,可通过改变“自装配”过程的条件,例如气相压力来调整基本单元的规格,为此在工艺过程中设定了分子形状、分子相互作用能量等工艺参数可供选择。形象地说,三角型单元类似于建筑用的砖,由其“搭砌”材料的二维结构。

此类特定结构材料具有广泛的应用前景,可用于制备电子领域诸如“电子鼻”等高精密电子传感器以及化工领域的催化剂,在医学领域可用于药物在人体内的定向输送。

俄罗斯此项成果开启了从纳米科学向纳米技术的过渡,项目的进一步完善可实现纳米技术产品的工业化生产。

鄂木斯克国立技术大学多年从事材料微观结构研究工作,曾采用扫描隧道显微镜将35个氙原子排列成IBM图型,当时的成果发布在1990年的Nature科学杂志上。


责任编辑:吴庆峰
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