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原子搭建晶体有望实现定制不同用途晶体材料

发布时间:2020-03-30 17:43:13 阅读: 来源:卡纸厂家

原子搭建晶体有望实现定制不同用途晶体材料  英国研究人员首次能够观看晶体由原子一个一个地搭建而成的全过程,这赋予了他们令人难以置信的控制纳米微观结构的能力。这项被称为纳米晶体测量学(Nanocrystallometry)的新技术有望用于定制具有不同用途的晶体,比如净水剂或者隐形斗篷等。

这是第一次我们可以真正拍摄到单个原子的运动,并观察原子一个一个地组装成晶体。英国华威大学的尼古拉斯巴里说。

在纳米尺度的世界里,即使是由同一材料制成的杆、球和点,也拥有显著不同的化学和物理性质。但迄今为止,科学家控制此类结构的能力有限,因为它们生长得太快,即使是最好的电子显微镜也捕捉不到。

巴里和他的同事利用一张含有金属锇、碳和其他元素的分子薄膜开展了新实验。据《新科学家》杂志网站5月28日(北京时间)报道,他们将一束电子束射向分子薄膜,使大多数分子分裂并释放出单个锇原子,其余的则熔合成一个能够支撑这些自由原子的石墨烯晶格。而关键点在于,这个石墨烯晶格中含有杂质。

巴里解释说:它掺杂了硼原子和硫原子,这能让石墨烯表面的单个金属原子的运动减速。这些行动迟缓的原子和电子显微镜的图像捕捉速度一样,研究团队因此能够看到晶体生长的过程。

研究人员还使用多种金属原子首次制造出了锇钌合金,这表明该方法可以令人信服地创建出拥有有趣性质的其他新型材料。借助这项技术,科学家将能够观看不同的化学原料如何生长成晶体,并设法定制可应用于不同领域的晶体。此外,他们还能按需设计晶体的缺陷。

诺丁汉大学的托马斯张伯伦表示:这种观看单个原子一个一个结合形成纳米粒子的能力,对于了解材料在原子水平上如何形成是一个重大贡献。

但他同时指出,晶体的反应会构成障碍。如果粒子表面没有一个稳定的覆盖层,晶体材料将与它所遇到的其他粒子吸附在一起,从而越长越大,活性也越来越低。这些晶体的有用特性将随时间快速改变,进而消失。

尽管如此,巴里认为,石墨烯晶格上的高活性无涂层结晶岛也是可以发挥作用的。比如,其可在原子尺度上探测气体或者药物。

总编辑圈点:

对不同晶体的各向异性的利用已经渗透到人们生活、生产的各个领域。虽然当前对结晶的共性方法和理论已有较全面的总结,但真正具体到每一类物质或每个物质,它们的结晶条件又不完全相同,如果能够观看到结晶原子的运动,并与结晶的外部条件结合,就能找到对结晶过程精确控制的办法,制备出纯度更高和性能更好的晶体,这将开启晶体材料科学的新时代,希望科学家能够举一反三,尽快找到观察其它晶体的办法。(记者 陈丹)

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