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  • 利用光学技术在纳米尺度上组装新材料

    作者:实验帮译 来源:phys.org 时间:2019-11-12 10:06 阅读:292 [投稿]
    华盛顿大学的研究人员已经开发出一种方法,可以使纳米级的可重复制造成为可能。研究小组采用了一种在生物学中广泛应用的光技术,即光阱或光镊,以在富含碳的有机溶剂的无水液体环境中工作,从而实现了新的潜在应用。

    如今的建筑往往都是一项精密的工作。建筑商必须使用为满足特定标准而制造的部件,如所需成分的梁或特定尺寸的铆钉。建筑业依靠制造商可靠地、可重复地制造这些部件,以建造安全的桥梁和健全的摩天大楼。 

    现在想象一下,在小于一张纸厚度的1/100的较小比例下建造。这是纳米级的。这是科学家们在量子计算等领域开发潜在突破性技术的规模这也是一个规模,传统的制造方法根本无法工作我们的标准工具,即使是小型化的,也太笨重和腐蚀性太强,无法在纳米尺度上重复制造组件。 

    华盛顿大学的研究人员已经开发出一种方法,可以使纳米级的可重复制造成为可能。研究小组采用了一种在生物学中广泛应用的光技术,即光阱或光镊,以在富含碳的有机溶剂的无水液体环境中工作,从而实现了新的潜在应用。 

    正如研究小组在10月30日发表在《自然通信Nature Communications》杂志上的一篇论文中所报道的那样,光镊可以作为一种基于光的“牵引光束”,将纳米半导体材料精确组装成更大的结构。与科幻小说中捕捉太空船的牵引光束不同,研究小组使用光镊捕捉比一米短近10亿倍的物质。 

     

    上图所示聚焦激光产生一种光学“牵引光束”,它可以在有机溶剂溶液中操纵和定向带有金属尖端(蓝色)的半导体纳米棒(红色)。激光产生的能量使被捕获的纳米棒的金属尖端过热,从而使排列好的纳米棒在基于溶液的“纳米焊接”过程中端到端焊接在一起。

     

    “这是纳米制造的一种新方法,”联合资深作者、华盛顿大学材料科学与工程副教授、分子工程与科学研究所和纳米工程系统研究所的教员、太平洋西北国家实验室的资深科学家Peter Pauzauskie说,“在制造过程中不涉及腔体表面,这将使应变或其他缺陷的形成最小化所有的组分都悬浮在溶液中,我们可以控制纳米结构的大小和形状,因为它是一块一块组装起来的。” 

    华盛顿大学化学工程助理教授、清洁能源研究所和分子工程与科学研究所教员Vincent Holmberg说:“在有机溶剂中使用这项技术,我们就可以处理与水或空气接触时会降解或腐蚀的组分。有机溶剂还可以帮助我们对正在使用的材料进行过热处理,使我们能够控制材料的转变并推动化学反应。” 

    为了证明这种方法的潜力,研究人员使用光镊构建了一种新型的纳米线异质结构,即由不同材料组成的不同截面的纳米线。纳米线异质结构的起始材料是较短的结晶锗“纳米棒”,每个纳米棒只有几百纳米长,直径数十纳米,大约是人类头发的5000倍薄每一个都被金属铋纳米晶体覆盖。 

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