难以捉摸的3D打印纳米粒子可能会带来新的变形材料

发布时间：2024-04-12 16:22:40 栏目：精选知识

导读 在纳米材料中，形状决定命运。也就是说，材料中颗粒的几何形状限定了所得材料的物理特性。斯坦福大学机械工程助理教授Wendy Gu 在介绍她

在纳米材料中，形状决定命运。也就是说，材料中颗粒的几何形状限定了所得材料的物理特性。



斯坦福大学机械工程助理教授Wendy Gu 在介绍她的最新 论文时表示：“由纳米滚珠轴承制成的晶体的排列方式与由纳米骰子制成的晶体不同，这些排列方式将产生非常不同的物理特性。” 发表在《 自然通讯》杂志上。 “我们使用 3D 纳米打印技术来生产已知最有前途的形状之一——阿基米德截角四面体。它们是微米级的四面体，尖端被切掉了。”

在论文中，顾和她的合著者描述了他们如何对数以万计的这些具有挑战性的纳米颗粒进行纳米打印，将它们搅拌成溶液，然后观察它们自组装成各种有前途的晶体结构。更重要的是，只需将粒子重新排列成新的几何图案，这些材料就可以在几分钟内在状态之间转换。

这种改变“相”的能力，正如材料工程师所说的变形质量，类似于将铁变成回火钢的原子重排，或者允许计算机以数字形式存储数 TB 有价值数据的材料。

“如果我们能够学会控制由阿基米德截角四面体制成的材料中的这些相移，它可能会引领许多有前途的工程方向，”她说。

难以捉摸的猎物

阿基米德截角四面体 (ATT) 长期以来一直被认为是生产可轻松改变相的材料的最理想的几何形状之一，但直到最近，制造起来仍然具有挑战性——在计算机模拟中预测，但在现实世界中很难复制。

Gu 很快指出，她的团队并不是第一个大量生产纳米级阿基米德截角四面体的团队，但他们是第一个(如果不是第一个)使用 3D 纳米打印来实现这一点的。

“通过 3D 纳米打印，我们几乎可以制作任何我们想要的形状。我们可以非常仔细地控制颗粒形状。”顾解释道。 “通过模拟预测这种特殊的形状会形成非常有趣的结构。当你能以各种方式将它们包装在一起时，它们就会产生有价值的物理特性。”

ATT 形成至少两个非常理想的几何结构。第一种是六边形图案，其中四面体平放在基板上，其截头朝上，就像纳米级山脉一样。顾说，第二种可能更有希望。它是一种晶体准金刚石结构，其中四面体以向上和向下的方向交替排列，就像放在鸡蛋盒中的鸡蛋一样。钻石排列被认为是光子学界的“圣杯”，可以引领许多新的、有趣的科学方向。

然而，最重要的是，如果设计得当，由 3D 打印颗粒制成的未来材料可以快速重新排列，通过应用磁场、电流、热量或其他工程方法轻松地在相之间来回切换。

顾说，她可以想象太阳能电池板的涂层可以全天变化以最大限度地提高能源效率，飞机机翼和窗户的新时代疏水薄膜意味着它们永远不会起雾或结冰，或者新型计算机内存。这样的例子不胜枚举。

“目前，我们正在努力使这些粒子具有磁性，以控制它们的行为，”顾在谈到她已经在以新方式使用阿基米德截断四面体纳米粒子进行的最新研究时说道。 “可能性才刚刚开始被探索。”