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chl5063木虫 (著名写手)
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《自然—材料学》：自组装纳米结构性能超越骨骼
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我们知道，鸟类的骨骼和树木的树干结构都经过了长期的自然进化，才达到强度和密度的完美平衡。美国科学家最近发现，自组装纳米结构能够超越这些自然界的“鬼斧神工”，在更加多孔的同时，又不会过于降低强度。相关论文发表在6月的《自然—材料学》上。 进项该项研究的是美国Sandia国家实验室、新墨西哥大学、凯斯西储大学以及普林斯顿大学的科学家。项目负责人Jeff Brinker表示，“微电子学和膜技术领域往往需要既多孔又坚固的材料，而新的研究成果使这一切成为可能。” 所谓自组装，一般是指原子、分子或纳米材料通过非共价键作用，在衬底上自发地排列成一维、二维甚至三维的稳定有序的空间结构。研究人员通过核磁共振、拉曼分光研究发现，人工方法使硅薄膜结构更加多孔的同时也会使孔壁厚度变得更薄（不到2纳米），重新排列后的硅结构也会变得更加紧密和坚固。 此前有研究证实，自然界最优化的骨骼的强度会按照密度平方的比例发生变化，而最新的研究表明，自组装纳米材料孔性的增加对劲度模量（stiffness modulus）的影响更小。尤其当纳米材料的孔是立方体结构时，劲度模量会随着自身密度的平方根变化。 Brinker表示，“我们的研究证实，纳米材料孔的结构和大小都会对它的劲度模量产生影响。其中，立方体结构比六边形结构坚固，而六边形结构又比圆柱状结构坚固。对同一种结构而言，孔性增加会导致劲度模量减小，但是减小程度要优于自然进化材料。” 新的发现有望改善硅材料在膜技术、分子传感器、微电子学器件等方面的表现。（ |
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http://www.nature.com/nmat/journal/v6/n6/abs/nmat1913.html Letter abstract -------------------------------------------------------------------------------- Nature Materials 6, 418 - 423 (2007) Published online: 21 May 2007 | doi:10.1038/nmat1913 Subject Categories: Nanoscale materials | Porous materials Modulus–density scaling behaviour and framework architecture of nanoporous self-assembled silicas Hongyou Fan1,2, Christopher Hartshorn2, Thomas Buchheit1, David Tallant1, Roger Assink1, Regina Simpson1, Dave J. Kissel2, Daniel J. Lacks3, Salvatore Torquato4 & C. Jeffrey Brinker1,2 Top of pageNatural porous materials such as bone, wood and pith evolved to maximize modulus for a given density1. For these three-dimensional cellular solids, modulus scales quadratically with relative density2, 3. But can nanostructuring improve on Nature's designs? Here, we report modulus–density scaling relationships for cubic (C), hexagonal (H) and worm-like disordered (D) nanoporous silicas prepared by surfactant-directed self-assembly. Over the relative density range, 0.5 to 0.65, Young's modulus scales as (density)n where n(C) |
5楼2007-07-27 12:39:32
