研究纳米尺寸组件的材料科学家已经开发出了处理极小材料的方法。但是，如果你可以让你的组件组装成不同的结构，而不实际处理它们呢?

 

 

 

Verner Hakonsen研究的立方体非常小，一个针头就能装下近50亿个立方体。

 

他在NTNU纳米实验室里用一种奇怪的、顶部有三个颈状的玻璃烧瓶，用一种化学物质和特殊肥皂的混合物来烹饪这些立方体。

 

当他把这些看不见的立方体置于磁场中时，它们就会施展魔法:它们会自己组合成他想要的任何形状。

 

他说:“这就像盖房子，只不过你不一定要盖。”磁力和其他力导致“房子自己建造——所有的积木在合适的条件下完美地组装起来。”

 

Verner Hakonsen正在研究最前沿的纳米技术

 

新旧相逢:Verner Hakonsen在研究自组装超晶体时，正在研究前沿纳米技术。但他的研究得到了NTNU物理系老式铜线圈的帮助。这种结构使Hakonsen能够在他的纳米管周围产生磁场，这些纳米管位于一个坩埚中的线圈中。磁场诱导这些立方体以不同的模式自我组合。信贷:南希Bazilchuk /台湾天富平台登录

 

尽管研究人员之前已经能够使纳米颗粒以不同的方式组装，Hakonsen和他的同事们是第一个证明磁性对于某些纳米颗粒结构的机械特性是多么重要的人。研究人员称他们创造的微小纳米粒子为超结构或超级晶体，因为纳米粒子以一种有序的模式组织起来，有点像晶体中的原子。Hakonsen说:“超晶体特别有趣，因为与单个纳米颗粒或大块材料相比，它们表现出更强的特性。”

最大的发现是,当磁立方体自组装研究人员称之为supercrystal -等形状的线棒或螺旋,例如,颗粒间的内聚能supercrystal可以增加了45%,因为数据集之间的磁相互作用。

 

 

他说:“这意味着将整个系统连接在一起的能量增加了45%。”天富平台登录

 

用于处理超强磁性超晶体的工具

 

交易工具:一个三颈烧瓶(左图)用来烹饪制造纳米管的溶液，以及一个复杂的管道系统，该系统可以在溶液蒸发时进行冷凝，并在反应过程中控制气体的流动。信贷:南希Bazilchuk /台湾

 

超级晶体的强度及其增强的磁性将是开发未来用途的关键，这些用途可能涵盖从汽车工业到信息技术的所有应用。Hakonsen的研究刚刚发表在《高级功能材料》杂志上。

 

当物体变得很小的时候，物理学就变得很奇怪

 

纳米颗粒研究的一个核心原则是，颗粒越小，它们的行为就越奇怪。

 

这是因为随着尺寸的缩小，颗粒的表面积在结构总体体积中所占的比例要比非纳米尺寸的颗粒大得多。

 

“因此，纳米颗粒越小，它们就越不稳定，”Hakonsen说。这就是纳米科学中所谓的“尺寸效应”，也是纳米技术的基本原理之一，当物体小于100纳米时。

 

纳米尺寸的Supercrystals

 

这个实验室顶针充满了纳米级的超级晶体。你能看到的图案来自于超晶体自身的排列。信贷:南希Bazilchuk /台湾

 

“你甚至可以有粒子自发地在不同的晶体结构之间移动，因为他们的小尺寸，”他解释说。“这些颗粒会部分融化。”

 

尺寸效应还会影响小纳米颗粒的其他特性，比如磁性特性，即颗粒产生的磁场会在不同方向上自行跳跃。

 

规模仍然是个问题

 

换句话说，尽管磁性可以使研究人员的自组装纳米结构变得强大，但尺寸效应仍然发挥了作用。当超晶体非常小的时候，它们的结构比较大的晶体要弱。

 

纳米管的扫描电子显微镜

 

这张扫描电子显微镜图像清楚地显示了组装成超晶体的12nm纳米粒子。信贷:弗纳Hakonsen /台湾

 

Hakonsen说:“这意味着当涉及到超晶体的机械稳定性时，也会有尺寸效应——一种“超大尺寸效应”——但这也意味着对于其他超晶体属性也会有尺寸效应。”“同样值得注意的是，这种超尺寸效应超越了纳米尺度，并上升到微尺度。”