作者:Matthew R. Jones 来源:《自然》 发布时间:2012-11-12 16:30:18
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科学家研制出具有原子特征胶体微粒
 
来自纽约大学、哈佛大学和陶氏化学公司的研究人员首次研制出一种新型微粒材料,该微粒子可以像原子一样进行自我聚合后形成分子。这种可以按预设模型形成分子结构的新粒子,对于制造先进的光学材料和制陶业等具有重大意义。
 
日常生活中常用的油漆、牛奶、胶制品、玻璃和瓷器等皆属于胶体分散系,但用它们创造出新材料的潜力则尚待开发。由化学家、化学工程师和物理学家组成的研究团队,选择这些游悬于液态媒介中胶体的特征及其构造优化作为研究对象。
 
过去,科学家已经用胶体成功地建造出一些基本结构,但使用胶体设计和组装复杂三维结构的能力则难以进一步提高,这种三维结构对于设计高级光学材料是非常重要的。部分原因是胶质之间缺乏直接的关联,因为这种关联不仅对于控制粒子的相互组合很有必要,而且对于保持组合后的结构完整也很重要。
 
“我们选择的方法目的是使用原子的自然属性,再把它们应用到胶体世界中。”项目主要参与者、纽约大学化学教授马库斯·维克介绍说。
 
为使用原子属性开发胶体,研究人员设计出一种类似电脑程序中使用的化学“补丁”,此“补丁”能产生方向绑定物,该绑定物利用粒子之间的少许联系组合成三维网络,这也是许多先进材料设计中的一个重要因素。若没有方向绑定物,形成的结构将不会稳定。
 
研究人员通过使用DNA单链,在“补丁”上确立了绑定能力,纽约大学的科学家过去曾用这种DNA单链组织过小粒子。这些DNA链充当“黏性末端”,而粒子“补丁”则附着其上。
 
“这意味着我们不仅能够让某些粒子附着在补丁上,而且能够对它们进行编制,所以只有某些特殊种类的粒子可以附着在这些补丁上。”纽约大学物理学教授大卫·帕因解释说,“这给我们设计三维结构创造了巨大的灵活性。”
 
新研制出的这种微粒大小只有人头发丝直径的百分之一,它们可以自发地将自己聚集在一起,像普通原子一样形成分子。
 
研究人员补充说,“补丁”之间DNA相互作用的特殊性意味着具有不同特性(如大小、颜色、化学功能和导电性等)的胶体,能够产生新的材料产品。它们的潜在用途包括使用三维电线网络或光学晶体,增强许多消费产品的光显示功能,以及改善计算机芯片的速度等。
 
该研究成果发表于最新一期的《自然》杂志上。(来源:科技日报 田学科 张巍巍)
 
 
 
 
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