導(dǎo)讀：導(dǎo)讀：在納米材料領(lǐng)域，形狀決定一切。也就是說，材料內(nèi)部粒子的幾何形態(tài)直接影響其物理特性。斯坦福大學(xué)的材料工程師借助3D打印技術(shù)，成功制造出了大量難以生產(chǎn)的納米粒子。這些粒子為研發(fā)能夠即刻變形的新型材料奠定了基礎(chǔ)。

斯坦福大學(xué)機(jī)械工程副教授Wendy Gu在《自然·通訊》雜志上發(fā)表的最新研究中提到：“納米球軸承構(gòu)成的晶體與納米骰子組成的晶體的排列方式截然不同，這導(dǎo)致了它們物理屬性的顯著差異。我們運(yùn)用三維納米打印技術(shù)，成功制造了一種被認(rèn)為極具潛力的形狀——阿基米德截頂四面體，這種形狀的特點(diǎn)是四面體頂端被截去。”

在此研究中，Gu及其團(tuán)隊(duì)描述了他們?nèi)绾卫眉{米打印技術(shù)，制造出數(shù)以萬計(jì)這種復(fù)雜形狀的納米粒子，并將它們混合在溶液中觀察它們自組裝成多種有潛力的晶體結(jié)構(gòu)的過程。更為關(guān)鍵的是，僅通過改變這些粒子的排列方式，材料便能在幾分鐘內(nèi)完成不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。

光學(xué)圖像揭示了多個(gè)六邊形晶體，這些晶體由截?cái)嗟乃拿骟w組成（上圖所示）。通過鍵序分析，不同的六邊形晶體以不同顏色標(biāo)識（下圖所示）。顏色一致的相鄰四面體說明它們擁有相同的晶格取向。比例尺標(biāo)為20微米。

這種轉(zhuǎn)換能力——材料工程師稱之為“變形”特性——類似于鐵變?yōu)榛鼗痄摰脑又匦屡帕羞^程，以及使得計(jì)算機(jī)能夠以數(shù)字形式儲存TB級別數(shù)據(jù)的材料過程。

Gu表示：“如果我們能夠掌握控制這些由阿基米德截頂四面體組成的材料的相變過程，那么我們就能開發(fā)出多種具有前景的工程應(yīng)用?！?br />
長期以來，人們一直認(rèn)為阿基米德截頂四面體（ATT）是生產(chǎn)易于變相材料的理想幾何形狀之一。但直到近期，這種材料的生產(chǎn)仍舊面臨挑戰(zhàn)——雖然計(jì)算機(jī)模擬能夠預(yù)測其形狀，但在現(xiàn)實(shí)世界中很難實(shí)現(xiàn)。

Gu指出，雖然她的團(tuán)隊(duì)并非第一個(gè)大規(guī)模生產(chǎn)納米級阿基米德截頂四面體的團(tuán)隊(duì)，但他們是首批（或許也是唯一一批）利用三維納米打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的團(tuán)隊(duì)之一。

“借助三維納米打印技術(shù)，我們幾乎能夠制造出任何想要的形狀。我們能夠非常精確地控制粒子的形狀，”Gu解釋道?！巴ㄟ^模擬預(yù)測，這種獨(dú)特的形狀能夠形成非常有趣的結(jié)構(gòu)。當(dāng)你能夠以各種方式組合它們時(shí)，它們便展現(xiàn)出有價(jià)值的物理特性?！?br />
至少有兩種極為理想的幾何結(jié)構(gòu)可以由ATT形成。第一種是六邊形圖案，其中四面體平鋪底部，截頂朝上，形成一座納米級山脈。Gu認(rèn)為，第二種準(zhǔn)金剛石晶體結(jié)構(gòu)可能更具前景，其中四面體以向上和向下的方向交錯排列，就如同雞蛋被放置在雞蛋盒中一樣。這種金剛石排列方式在光子學(xué)領(lǐng)域被視為“圣杯”，有望開啟許多新的、有趣的科學(xué)方向。

最重要的是，如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，未來由三維打印的粒子制成的材料能夠快速重新排列，通過施加磁場、電流、熱量或其他工程手段，它們能夠輕松地在不同的階段之間切換。

Gu表示，她設(shè)想的應(yīng)用包括全天候變化的太陽能電池板涂層以最大化能效；飛機(jī)的機(jī)翼和窗戶可以利用新一代疏水薄膜，意味著它們將永遠(yuǎn)不會起霧或結(jié)冰；還有新型計(jì)算機(jī)內(nèi)存等。這樣的設(shè)想是無限的。

“現(xiàn)在，我們正致力于賦予這些粒子磁性，以此來控制它們的行為方式，”Gu談及她當(dāng)前正在進(jìn)行的最新研究時(shí)表示，她正在探索使用阿基米德截頂四面體納米粒子的新方法?！疤剿鞯目赡苄圆艅倓傞_始。”

文章來自：ScitechDaily，由資源庫編譯

導(dǎo)讀：導(dǎo)讀：在納米材料領(lǐng)域，形狀決定一切。也就是說，材料內(nèi)部粒子的幾何形態(tài)直接影響其物理特性。斯坦福大學(xué)的材料工程師借助3D打印技術(shù)，成功制造出了大量難以生產(chǎn)的納米粒子。這些粒子為研發(fā)能夠即刻變形的新型材料奠定了基礎(chǔ)。

斯坦福大學(xué)機(jī)械工程副教授Wendy Gu在《自然·通訊》雜志上發(fā)表的最新研究中提到：“納米球軸承構(gòu)成的晶體與納米骰子組成的晶體的排列方式截然不同，這導(dǎo)致了它們物理屬性的顯著差異。我們運(yùn)用三維納米打印技術(shù)，成功制造了一種被認(rèn)為極具潛力的形狀——阿基米德截頂四面體，這種形狀的特點(diǎn)是四面體頂端被截去。”

在此研究中，Gu及其團(tuán)隊(duì)描述了他們?nèi)绾卫眉{米打印技術(shù)，制造出數(shù)以萬計(jì)這種復(fù)雜形狀的納米粒子，并將它們混合在溶液中觀察它們自組裝成多種有潛力的晶體結(jié)構(gòu)的過程。更為關(guān)鍵的是，僅通過改變這些粒子的排列方式，材料便能在幾分鐘內(nèi)完成不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。

光學(xué)圖像揭示了多個(gè)六邊形晶體，這些晶體由截?cái)嗟乃拿骟w組成（上圖所示）。通過鍵序分析，不同的六邊形晶體以不同顏色標(biāo)識（下圖所示）。顏色一致的相鄰四面體說明它們擁有相同的晶格取向。比例尺標(biāo)為20微米。

這種轉(zhuǎn)換能力——材料工程師稱之為“變形”特性——類似于鐵變?yōu)榛鼗痄摰脑又匦屡帕羞^程，以及使得計(jì)算機(jī)能夠以數(shù)字形式儲存TB級別數(shù)據(jù)的材料過程。

Gu表示：“如果我們能夠掌握控制這些由阿基米德截頂四面體組成的材料的相變過程，那么我們就能開發(fā)出多種具有前景的工程應(yīng)用?！?br />
長期以來，人們一直認(rèn)為阿基米德截頂四面體（ATT）是生產(chǎn)易于變相材料的理想幾何形狀之一。但直到近期，這種材料的生產(chǎn)仍舊面臨挑戰(zhàn)——雖然計(jì)算機(jī)模擬能夠預(yù)測其形狀，但在現(xiàn)實(shí)世界中很難實(shí)現(xiàn)。

Gu指出，雖然她的團(tuán)隊(duì)并非第一個(gè)大規(guī)模生產(chǎn)納米級阿基米德截頂四面體的團(tuán)隊(duì)，但他們是首批（或許也是唯一一批）利用三維納米打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的團(tuán)隊(duì)之一。

“借助三維納米打印技術(shù)，我們幾乎能夠制造出任何想要的形狀。我們能夠非常精確地控制粒子的形狀，”Gu解釋道?！巴ㄟ^模擬預(yù)測，這種獨(dú)特的形狀能夠形成非常有趣的結(jié)構(gòu)。當(dāng)你能夠以各種方式組合它們時(shí)，它們便展現(xiàn)出有價(jià)值的物理特性?！?br />
至少有兩種極為理想的幾何結(jié)構(gòu)可以由ATT形成。第一種是六邊形圖案，其中四面體平鋪底部，截頂朝上，形成一座納米級山脈。Gu認(rèn)為，第二種準(zhǔn)金剛石晶體結(jié)構(gòu)可能更具前景，其中四面體以向上和向下的方向交錯排列，就如同雞蛋被放置在雞蛋盒中一樣。這種金剛石排列方式在光子學(xué)領(lǐng)域被視為“圣杯”，有望開啟許多新的、有趣的科學(xué)方向。

最重要的是，如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，未來由三維打印的粒子制成的材料能夠快速重新排列，通過施加磁場、電流、熱量或其他工程手段，它們能夠輕松地在不同的階段之間切換。

Gu表示，她設(shè)想的應(yīng)用包括全天候變化的太陽能電池板涂層以最大化能效；飛機(jī)的機(jī)翼和窗戶可以利用新一代疏水薄膜，意味著它們將永遠(yuǎn)不會起霧或結(jié)冰；還有新型計(jì)算機(jī)內(nèi)存等。這樣的設(shè)想是無限的。

“現(xiàn)在，我們正致力于賦予這些粒子磁性，以此來控制它們的行為方式，”Gu談及她當(dāng)前正在進(jìn)行的最新研究時(shí)表示，她正在探索使用阿基米德截頂四面體納米粒子的新方法?！疤剿鞯目赡苄圆艅倓傞_始。”

文章來自：ScitechDaily，由資源庫編譯