我国科学家揭示可指导材料精准制备的材料取向连接生长机制—新闻—科学网

 
来源:国家自然科学基金委员会 发布时间:2018/3/5 17:43:17
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我国科学家揭示可指导材料精准制备的材料取向连接生长机制

 

在国家自然科学基金项目(项目编号:51420105003、11327901、11525415等)等资助下,孙立涛教授团队与国际项目合作单位美国伯克利劳伦斯国家实验室的郑海梅团队在材料取向连接生长机理方面取得突破。研究成果以“In-situ Liquid Cell Transmission Electron Microscopy Investigation on Oriented Attachment of Gold Nanoparticles”为题于2018年1月29日在Nature Communications(《自然·通讯》)上在线发表。

如何在纳米尺度下更精准控制材料的生长与合成一直是科学界的难题。近年来,溶液中纳米材料通过取向连接生长已经成为一种广泛认可的生长机制。这种机制打破传统所熟知的以原子或分子为生长基元的限制,认为纳米材料本身可以作为生长基元,在此基础上构建出更为复杂的一维、二维和三维纳米结构。虽然取向连接在解释各向异性材料的生长方面获得了巨大的成功,但是对其驱动力的研究还远远不够,这也是科学家实现材料精准可控合成的重要制约因素。

以前的研究认为,减少表面能、电(磁)偶极子效应、库伦作用以及范德瓦尔斯力是驱动取向连接发生的主要原因。本工作首次从原子尺度上原位观测到表面配位体主导的材料取向连接过程,证实了表面配位体是驱动取向连接发生在特定晶面的重要因素,并提出吸附能诱导的晶面选择机制。解决了一直以来在取向连接驱动力研究方面的疑惑,为材料精准制备提供重要实验依据和理论参考。

图. a. 表面配位体主导的金纳米颗粒发生取向连接的示意图。

图. b. 原位观测到金纳米颗粒取向连接发生的过程:(1)自由转动;(2)定向转动;(3)瞬时接触。

 
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