在晶體的生長過程中，納米粒子是否能夠充當“人造原子”，成為構(gòu)建復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)的積木？這一理論一直存在爭議。美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室的一項研究或能解決上述爭論，并為未來的能量轉(zhuǎn)換和儲存設(shè)備發(fā)展指明方向。相關(guān)研究報告發(fā)表在近日出版的《科學(xué)》雜志上。

      該實驗室材料科學(xué)部門的科研人員利用透射電子顯微鏡和先進的液體池處理技術(shù)，對由鉑、鐵納米粒子構(gòu)成的納米棒的生長軌跡進行了實時觀測。成像分辨率可達半埃（光譜線波長單位），比單個氫原子的直徑還要短。觀測結(jié)果有力地支持了納米粒子在晶體生長中充當“人造原子”角色的理論。

      在觀測中，納米粒子會由定向附著開始，在溶液中形成彎曲的多晶鏈，并逐漸排列起來，首尾相連形成能延展至單個晶體納米棒的細長納米線，其長度厚度比可達40∶1。由此可見，在納米晶體的生成過程中，納米粒子鏈和納米粒子為構(gòu)建納米棒提供了基本的建筑模塊，整個流程十分巧妙而高效。此前，類似的觀測通常只限于晶體生長的前幾分鐘，而新研究能夠有效延長這一時間達數(shù)小時，可謂在納米粒子生長軌跡觀測方面取得的重大進展。

      研究人員表示，之所以選擇鉑、鐵納米棒作為研究對象，是因為電催化材料有望應(yīng)用于下一代的能量轉(zhuǎn)換和存儲設(shè)備。研究具有不同形狀、結(jié)構(gòu)的膠狀納米晶體生長的關(guān)鍵在于長久保持觀察窗內(nèi)的液態(tài)環(huán)境，以使反應(yīng)能夠完全發(fā)生。他們在有機溶劑中溶解鉑、鐵的分子前體，利用毛細管壓促使生長溶液進入氮化硅液體池中，并利用環(huán)氧樹脂膠密封。科研人員強調(diào)，對于液體池的密封十分重要，可使池內(nèi)的液體不至于變粘。一旦液體粘滯，就將阻礙納米粒子的相互作用，從而抑制晶體的生長。而在之前的研究中，這一情況時有發(fā)生。

      根據(jù)研究人員的觀測，單個納米粒子僅會存在于晶體生長的初始，隨后其將被短鏈的納米粒子所取代，并最終形成長鏈的納米粒子。這在單個分子和分層的納米結(jié)構(gòu)之間搭設(shè)了橋梁，也為合理設(shè)計出具有可控特性的納米材料鋪平了道路。