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前所未有的研究:预测纳米颗粒的自组装能干些啥?
2020年11月23日 发布 分类:技术前沿 点击量:437
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不同形貌的纳米粒子可以进行不同的组装,这在过去没有深入研究过。比如,立方体、棱柱体、棒状物等都表现出明显的依赖于距离和方向的粒子间相互作用,这些相互作用可以用来创造独特的粒子组合,而这些粒子组合是人们无法通过球形粒子的自组装获得的。

杜克大学(Duke University)的材料科学家设计了一种简化的方法,可以计算导致纳米颗粒自组装成更大结构的吸引力。研究人员将能够对形状各异的纳米颗粒之间如何相互作用做出以前不可能的预测。这一新方法为合理设计此类粒子提供了机会,其应用范围从太阳能利用到推动催化反应非常广泛。该项研究成果发表在11月12日的《Nanoscale Horizons》上。

纳米颗粒

纳米颗粒之间的作用力称为范德华力。根据量子物理的复杂定律,这些力的产生是由于围绕原子运转的电子密度发生了微小的、暂时的变化。虽然这些力比库仑力和氢键等其他分子间的相互作用弱,但它们无处不在,作用于每个原子之间,常常主导粒子之间的净相互作用。杜克大学机械工程和材料科学副教授Gaurav Arya称,精确计算在非常近的距离内把这些粒子拉到一起的力在计算上代价很高,新方法计算速度提高数百万倍,同时只会损失少量的准确性。

虽然研究人员主要研究立方体,但他们也表明这种方法适用于三角棱镜、方形杆和方形金字塔。根据纳米颗粒的形状和材料,建模方法可能会影响广泛的领域。例如,边缘相近的银或金纳米立方体可以利用光线并将其聚焦到微小的“热点”,为更好的传感器或催化化学反应创造了机会。

论文地址:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/nh/d0nh00526f#!divAbstract

编译 YUXI


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