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科学家发现仅有50个原子厚度的纳米粒子薄片具有不可思议的强度
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据7月22日Physorg网站报告，芝加哥大学和美国阿贡国家实验室科学家发现，仅有50个原子厚度的纳米粒子薄片具有不可思议的强度。 芝加哥大学物理学教授海恩里奇·简格尔说：“这真是一个令人吃惊的奇迹。它并不是一个非常脆的薄层，而是一个强有力的，充满弹性的薄膜。” 即使当该薄膜被悬浮在一个小孔上并用极小的尖端来扎它的时候，它仍表现出与树脂玻璃薄片相同的强度，而树脂玻璃薄片可以在较高的温度条件下保持其结构的完整性。 阿贡国家实验室纳米材料中心物理学家林晓敏说：“我们首先意识到它们可以在空气中自由地悬浮，这真让我们所有人感到吃惊。” 芝加哥大学物理学研究生克拉拉·米尔根博格和参加过美国国家科学基金会“毕业生科研体验计划”的新奥尔良市泽维尔大学研究生罗德尼·戈德史密斯是该研究小组的成员，他们与简格尔和林晓敏共同撰写了一篇论文，该论文发表在6月22日出版的《自然材料》期刊上，文章对纳米粒子的上述特性进行了阐述。这项研究工作得到了国家科学基础会支持下的芝加哥大学“材料科学和工程学中心”的资助。此外美国能源部也对该研究提供了支持。 上述特性使这种材料有希望成为高灵敏度压力传感器的候选材料并运用于精密技术。林晓敏说：“如果我们能使用不同类型的纳米粒子来制造相同类型的悬浮薄膜，我们就可以设想用这类设备来充当化学过滤器，从而在极微小的刻度级别上促发催化反应。” 作为一种人造原子，纳米粒子还可以用作装配特殊纳米物体的基础材料。“这是此类固体的终极极限，它仅仅是一层薄膜，”林晓敏说：“令人感兴趣的是，一层薄膜已经具备很强的弹性和一些有趣的属性。” 但是决定因素仍然是科学和技术。科学家发现，当半导体材料的微金属成分紧密地堆积在有机分子之间时，半导体材料的电子属性可以发生很大的变化。这种现象被称为“纳米禁闭”。林晓敏说：“但是现在我们发现机械属性也可以发生极大的变化，就基础科学而言，这正是这项发现令人激动的原因。” 实验材料包括被有机“缓冲器”分离的黄金粒子，有机“缓冲器”可以阻止黄金粒子发生直接接触。研究小组使纳米粒子阵列悬浮在溶液里，然后把溶液涂在一张很小的硅片上，而硅片是人们常用的半导体材料。当溶液干掉后，它在硅片上留下了一张纳米粒子薄膜，薄膜覆盖着硅片里的小孔，每个孔的直径相当于数百颗纳米粒子。接着，科研人员用原子力显微镜的尖端来探查自由悬浮式纳米粒子薄层的强度。 树脂玻璃可以从缠在一起的聚合体长分子链中获取强度。但是研究小组用来连结纳米粒子的是短分子链聚合体，由于其分子链的长度不足，根本算不上合格的聚合体。 “它们可能没有机会象正规聚合体那样缠在一起，”林晓敏说：“分子被固定在黄金粒子上，但仅仅是一端固定。强度来自于压缩黄金粒子间的分子。” 研究小组还发现，这种材料在温度升高时会紧紧地结合在一起，直到温度达到210度以上。 虽然芝加哥大学和阿贡实验室所做的实验主要针对二维薄片，但他们大体上认同乔治亚理工学院的乌兹·兰德曼研究小组对体积更小的纳米粒子所做的计算机模拟三维组装实验。 “这些系统的行为非常容易受到维数的影响，这是将来应该探索的课题，”乔治亚理工学院计算机材料科学系主任兰德曼说：“这的确让我们开始对另一种控制参数进行思考。改变维数，你将改变材料的属性。” [ Last edited by luo.henry on 2008-4-29 at 10:00 ] |
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