纳米技术现在 - 新闻稿：纳米群体自我组织成厘米级的等级组件

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大自然可能会讨厌真空，但肯定喜欢结构。从双螺旋DNA分子到使蝴蝶翅膀变得如此丰富多彩和虹彩的光子晶体，在整个自然世界中都发现了复杂的自组织组件。

纳米群体自组织成厘米级的等级组件

伊萨卡，纽约|发表于2022年4月22日

一个由康奈尔（Cornell）领导的项目创建了合成的纳米簇，可以模仿从纳米到厘米等级的这种层次自组装，跨越七个数量级。所得的合成薄膜具有作为探索仿生层次系统和未来高级功能的模型系统的潜力。

该小组的论文是4月14日在自然材料上发表的纳米群中间人的多层层次结构。主要作者是罗宾逊集团的博士后研究员Haixiang Han。

以前，创建这种合成纳米材料的最大障碍是缺乏纳米级的构建块，其具有必要的多功能性可以在许多长度尺度上相互作用，从而使它们能够组织成复杂的结构，如生物分子所示。

因此，由联合院士作家理查德·罗宾逊（Richard Robinson）领导的团队，工程学院材料科学与工程副教授，以及史密斯史密斯化学与生物分子工程学院教授Tobias Hanrath，转向了硫化镉，这是一个受过久经考验的硫化物。纳米颗粒研究的真实材料。

与以前合成化合物的努力不同，该组执行了综合的高浓度版本，该版本使用的溶剂很少。该过程产生了57个原子的``魔术大小簇''，长度约为1.5纳米。这些纳米颗粒中的每一个都有一个配体的壳特殊结合分子 - 可以相互相互作用，以使它们形成几微米长和数百纳米宽的细丝。根据鲁滨逊的说法，这些魔法大小的簇在圆形上装饰着，就像汽车的超高速公路一样，它们之间的间距完美。”

他说：``如果您从灯丝的前面看，它的径向组织和结构化。''他说。”``由于这些结构化的细丝具有吸引人的纠缠，因此事实证明，当它们在正确的条件下干燥时，它们会以远距离的顺序自我组装。

值得注意的是，通过仔细控制蒸发的几何形状，丝状扭曲成数百微米长的较大电缆，然后将电缆捆绑在一起并排列成高度有序的带中，最终导致薄膜，该薄膜在厘米尺度上图案化。

``通常，您可以合成具有从纳米到七个数量级的层次组织的东西。我认为这确实是特殊的酱汁。”鲁滨逊说。``组件模仿了许多有趣的天然产品 - 自然矿化，自然光子学 - 我们在实验室中无法成功地繁殖的自然界中发生的事情。

有机和无机相互作用的混合物使魔术大小簇具有完美的周期性图案的胶片的能力。研究人员证明，薄膜可以显示彩虹的全部光谱的事实证明了其完美的结构。

``人们很可能没有看过这一点，因为大多数合成都以低浓度完成，因此您有很多溶剂。他说，他们没有相同的配体配体互动。``我们改变了这一点。我们一键单击小数位，然后创建了这个无溶剂的合成。

纳米材料膜最吸引人的方面是它显示手性光学特性 - 极可能在纳米颗粒水平上表现出的极化光的非对称吸收，并且该特征一直在扩大到巨大的尺度。薄膜还与液晶有一些令人惊讶的相似之处。

为了更好地了解自我组织的行为，鲁滨逊和汉拉特咨询了一群合作者。

应用和工程物理学副教授Lena Kourkoutis处理了电子显微镜，该电子显微镜使团队能够查看纳米颗粒在细丝内的位置。材料科学与工程学助理教授朱莉娅·德谢玛查德（Julia Dshemuchadse）理论上了管理细丝大会和稳定性的规则。多伦多大学和罗切斯特理工学院的研究人员估计了定向簇的电偶极子之间的相互作用，并开发了一种理论模型，该模型表明了为什么蒸发方法分别导致纳米群落形成如此完美的周期性膜。

出色的多尺度结构的发现开辟了新的途径，以开发利用其新兴的洗礼特性的技术。

``从感应，催化和圆形极化光检测器到纺纱，量子计算和全息塑料的较高前景，这些手势超材料的独特光感相互作用可用于一系列潜在的应用。''说。

合着者包括硕士学生Shantanu Kallakuri，博士生Ya Yao和Rachael Skye；柯蒂斯·威廉姆森（Curtis Williamson）博士19和道格拉斯·诺斯（Douglas Nevers）博士hanrath Energy Lab的18;本杰明·萨维兹基（Benjamin Savitzky）博士18;博士后研究员Mengyu Xu；来自多伦多大学的Oleksandr Voznyy；罗切斯特理工学院的史蒂文·温斯坦（Steven Weinstein）。

该研究得到了国家科学基金会的支持。研究人员利用了康奈尔大学材料研究中心，该中心得到了NSF的MRSEC计划的支持。