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电子行为纳米粒子摇滚当前对物质的理解
时间:2019-06-27 11:19 作者:亚洲城

  西北大学的研究人员发现了一个奇怪的,令人吃惊的发现,那就是在胶体晶体中用DNA工程化的纳米颗粒 - 当它非常小时 - 就像电子一样。这一发现不仅颠覆了现有的,被接受的物质概念,而且为材料设计的新可能性打开了大门。

  “我们之前从未见过这样的事情,”西北大学的莫妮卡奥尔维拉德拉克鲁兹说道,他通过计算工作进行了初步观察。“在我们的模拟中,粒子看起来就像轨道电子一样。”

  通过这一发现,研究人员引入了一个名为“金属度”的新术语,指的是金属中电子的迁移率。在胶体晶体中,微小的纳米粒子与电子类似地漫游并充当将材料保持在一起的胶水。

  “这将让人们以新的方式思考问题,”负责实验工作的西北大学的查德米尔金说。“它将导致各种材料具有前所未有的潜在壮观特性。这些特性可能导致光学,电子甚至催化领域的各种新技术。”

  Mirkin的研究小组之前发明了用DNA工程胶体晶体的化学,为材料设计开辟了新的可能性。在这些结构中,DNA链充当一种智能胶,以将纳米颗粒以格子图案连接在一起。

  “在过去二十年中,我们已经想出了如何制造各种晶体结构,其中DNA有效地吸收了粒子,并将它们准确地放置在晶格中,”国际研究所创始主任Mirkin说。纳米技术

  在这些先前的研究中,颗粒的直径在数十纳米长度范围内。这些结构中的颗粒是静态的,通过DNA固定在适当的位置。然而,在目前的研究中,Mirkin和Olvera de la Cruz在计算模拟中将粒子直径缩小到1.4纳米。这就是魔术发生的地方。

  “更大的颗粒有数百条DNA链将它们连接在一起,”Olvera de la Cruz说。“小的只有四到八个连接体。当这些连接断裂时,颗粒滚动并通过晶格迁移,将更大颗粒的晶体固定在一起。”

  当Mirkin的团队进行实验以对小颗粒进行成像时,他们发现Olvera de la Cruz的团队的计算观察结果证明是正确的。因为这种行为让人想起电子在金属中的表现,研究人员称之为“金属性”。

  米尔金解释说:“电子海洋在整个金属中迁移,充当胶水,将所有东西固定在一起。”“这就是这些纳米粒子变成的东西。微小的粒子成为将所有纳米粒子组合在一起的移动胶水。”

  Olvera de la Cruz和Mirkin接下来计划探索如何利用这些类似电子的粒子来设计具有有用特性的新材料。尽管他们的研究使用了金纳米粒子,但Olvera de la Cruz说“金属性”适用于胶体晶体中的其他类型的粒子。

  “在科学方面,发现新房产真的很少见,但这就是发生在这里的事情,”米尔金说。“它挑战了我们思考建设物质的整个方式。这是一项具有持久影响的基础工作。”

  这项研究“胶体晶体中的电子粒子类似物”得到了美国能源部资助的能源前沿研究中心(奖项编号DE-SC0000989)的生物启发科学中心的支持。空军科学研究办公室(奖号为FA9550-17-1-0348);海军研究办公室(奖号为00014-15-1-0043)和谢尔曼Fairchild基金会。Martin Girard是Olvera de la Cruz实验室的博士毕业生,也是德国马克斯普朗克聚合物研究所的现任博士后学者,是该论文的第一作者。

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