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cangyue5071

金虫 (正式写手)

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[交流] 一、纳米晶体的制备及应用

因为采纳米技术可能甚至容易制造非常完美的纳米晶体，因而倍受建造大结构部件的亲昧。

　　化学家Paul Alivisato 共同负责Berkeley 实验室材料科学部和在Berkeley的加利福尼亚大学化学系。所以说，Alivisato在纳米半导体晶体始创领域中，是一位闪烁光芒的科学家之一。

　　Chemist Paul Alivisatos is a leader in the development of nano-sized crystals that could serve as building blocks for electronic devices a few billionths of a meter in size.

　　纳米晶体是一种由几百到上万原子结合成晶体，形成物体的聚合。这种聚合常称为“蔟”（cluster）.典型的直径10纳米晶体比分子大但比块状固体要小，因此兼有物理和化学之间的性质。纳米晶体产生全表面的虚拟而内部却没有，它的性质随晶体尺寸的成长而有相当的不同。

　　“通过精确控制纳米晶体尺寸和表面，能改变它们的性质，”Alivistos说，“你能改变频带隙、你能改变如何传导电荷、你能改变它归属什么样晶体结构、你甚至能改变它的熔点温度”。

　　生长无裂痕纳米晶体是相对容易些，因为它们的长度是如此小以致于在成长加工成所需之缺陷时简单到不需要足够的时间。然而，对同样小长度的纳米晶体，要设法控制它的体积和表面，那是惊人的挑战。在过去的十年中，Alivisatos和他的研究小组，曾制造出半导体粉末的纳米晶体，并以满足挑战的手段探索改变生长条件的各种方法。

　　Alivisatos 第一个大的突破之一，是他和他的合作者Shimon Weiss 探索成功了为发射多种色光，而依赖于镉、硒为核，亚硫酸镉为壳的不同体积的球形纳米晶体，这一突破打开了许多潜在应用的大门，包括把这些球形核—壳纳米晶体作为高效荧光标签、标记用于附着特种蛋白的抗体上，当受到光子激发，就发出荧光或激发出色光，这需在共焦点的显微镜下观察。

　　The images above show the variety of shapes and sizes that nanocrystals can be made to assume. The rod-shaped nanocrystals to the far left can be stacked for possible use in LEDs, while the tetrapod to the far right should be handy for wiring nano-sized devices.

　　“有时侯，为了全面刻划生物样品的特征，需用一群细胞作为样品，这时你需要看到标识的结合。”Alivisatos说。这种测试需要复合的色光发射，这是采用常规染料分子难以获得的发射。

　　Cadmium selenide nanocrystals were used to create this fluorescent microscopic image of living 3T3 fibroblast cells. These and other semiconductor nanocrystals could supplement dye-molecules as fluorescent labels for the study of biological materials.

　　Alivisatos和他的同事采用把半导体粉末注射进热的、象肥皂薄膜似的表面活性剂中的方法，来制造纳米晶体。在他们最近的工作中，他们曾在TOPO和HPA两种混合表面活性剂中制备晶体，每一种表面活性剂以缓慢而不同的方法和半导体粉末反应。结果使纳米生产出现真正全新的尺寸。

　　上一年三月，Alivisatos和他的小组发布了一条他们已经制造出两种尺寸的、形状象棒状的镉硒纳米晶体。而在这以前，他们一直全部报道象圆点球形似的纳米晶体。论述制造棒形半导体纳米晶体的能力，不仅为扭转新的潜在应用铺平道路，而且还阐明了控制晶体成长是控制形状和大小的关键。

　　“就是这第一次，任何人已经真正获得控制半导体纳米晶体成长的手段，”Alivisatos说，“通过控制晶体成长的动力学，我们不仅能选择晶体的大小，而且还可使晶体形状不同。”

Colored-alivisatos-rod

　　虽然精确的机理还不清楚，Alivisatos认为镉和硒原子与两个不同的表面活性剂之间的内部反应引起每一种分子只能朝一个方向生长，结果，保持与表面活性剂成直角的相对快速生长速率诱导晶体选择向拉长方向发展，象棒状形晶体具有晶体最大表面积。

　　随后的试验表明，棒型纳米晶体沿着它们的长轴方向发射偏振光，相反，早期的镉、硒球形纳米晶体则发射非偏振的荧光。不同形状的纳米晶体被广泛用于定相标记严格的生物附加标签研究中。其它的试验表明，反射和吸收能之间的间隙，棒形纳米晶体比球形纳米晶体要大。不同形状对光反射和吸收的不同特点有效地用于对光再吸收可能出现疑难的发光二极管中。

　　“我们还证明复合纳米棒能被包装和排列，它的另一优点是既用于LEDs又可在光电电池中使用纳米棒晶体。”

　　特别是最近，Alivisatos 和他的研究室已经熟练地掌握形成泪滴形、箭头形、和甚至具四杆的四角豆荚形半导体纳米晶体生长的条件和速率。而这些外来的形状没有立刻使用，它可能用于将来建造纳米晶体块。例如，当四角纳米晶体滴在表面时，它们总是用笔直的第四角着陆于三角晶体上，这对纳米电路电子设备是非常灵巧的特点。

Clored-alivisatos-tetrapod

　　然而，科学家首先必须学习如何把纳米晶体集成更大、更复杂的结构。被Alivisatos 和他的研究所所追寻，也即是他们的前任Berkeley 实验室研究员Peter Schultz 和Paul McEuen 首先假设的一种想法是，采用DNA作为样板骑在大自然的脊背上。

　　“在传感器中，我们现在已经具备制造所有‘积木块’的能力，但是我们缺少化学家来告诉我们所有这些‘积木块’应去向哪里，”Alivisatos 说，“可能是，直接用DNA把纳米晶体集成巨大复杂的随机模板。”

　　在熟知的DNA“旋转梯形物”中，磷酸脂和核糖分子两个系列被“环”连成具一对氮的“碱基”化合物。有四种类型的碱基——腺瞟呤（A）、胞蜜啶（C）、鸟瞟呤（G）和胸腺蜜啶（T）。A总是和T成对，G总是和C连结。Alivisatos他的同事采用把“连结”分子附着于单一系列DNA碎片上直到100个碱基长度（约33纳米）这一高度特殊的建筑学程序，目的是要与5-10纳米金晶体交联。当这些纳米晶体/DNA共轭与包含补充DNA在共轭顺序的基础序列中混合时，这互补基础相互认识并配对成双链DNA。依据这种方法，DNA作为样板为制造纳米晶体分子服务。

　　Alivisatos说，“我们正在战略上使用。把DNA连结于金纳米晶体上是一个统计过程。根据判断DNA结合到纳米晶体上的速率，我们能控制每一共轭颗粒上DNA链的平均数量。”

　　按照尺寸大小分离和离析需采用什方法？Alivisatos和他的同事最近采用了“凝胶电泳”技术，这是一种在生物学上分离不同长度DNA碎片的标准工具。把纳米晶体/DNA共轭放入多孔凝胶槽中，在正负极电场作用下，能分离和离析附着于1~5单链DNA片段上的金纳米晶体。Alivisatos说：“由于DNA依附常能产生具有良好数量DNA链的纳米晶体/DNA共轭，所以，我们论证了颗粒迁移的转换性（在电场凝胶中）。

　　DNA is being used as a template for assembling nanocrystals into macromolecules. Here nanocrystals of gold attached to a single strand of DNA are brought together into a desired alignment as the DNA's double-helix is formed. (Illustration by Meg Holm)

　　包含DNA在内的信息证据能被用于半导体纳米晶体立体结构的制造，而这样一来，便可为建造块状的纳米技术创造条件。虽然这种集成迄今仍相对简单，但提示的是纳米晶体/DNA共轭能被用制造各种尺寸和复杂的结构和设备，以便今天用于李氏照相的半导体线路板上。

　　“我们已经表明，我们能使用有机化学去直接集成无机晶体，”Alivisatos说，“这是把DNA从生物学转到材料世界的第一步。”

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转载的一个网站上的http://www.stcsm.gov.cn/learning ... 15/20020815-1-p.asp
内容可能有一点老了，看看也挺好的

[ Last edited by cangyue5071 on 2008-11-9 at 20:56 ]

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