想象一下，如果一種材料將自身排列成適合其應用的形狀，例如，一種最大化其自身表面積以提高效率的催化劑，或者一種形成附屬物以抓住附近物體的微致動器。這是自組裝的承諾：通過讓物質(zhì)自行塑造來制造復雜的功能材料。然而，并非所有自組裝成有趣形式的物質(zhì)在其最終形狀中都具有有用的功能。自組織物質(zhì)小組的研究人員最近發(fā)現(xiàn)，離子交換使他們能夠?qū)⒆越M裝過程與所得材料分開。他們的研究結果于 11 月 16 日發(fā)表在Advanced Materials上，并在Nature和Nature Reviews Materials 上重點介紹.

自組織物質(zhì)小組研究的納米復合材料具有美麗而復雜的形狀，看起來非常引人注目(見圖)。然而，博士 學生 Hans Hendrikse 和 Arno van der Weijden 想要的不僅僅是美麗的結構，而且還渴望利用納米復合材料的功能。受到納米復合材料的可成形性和結構布局的鼓舞，他們開始與阿姆斯特丹大學、ARNCL、萊頓大學和弗吉尼亞理工大學的研究人員一起研究這些選擇。

研究團隊開始使用由嵌入二氧化硅 (SiO 2 ) 基質(zhì)中的碳酸鋇 (BaCO 3 ) 納米晶體組成的納米復合材料，并將其轉(zhuǎn)化為硫化鎘 (CdS)。首先，他們建立了一條可重復地將納米復合材料轉(zhuǎn)化為這種最終材料的途徑，同時研究了離子交換過程中納米復合材料的特性。通過電子顯微鏡和 X 射線衍射分析，該團隊了解到一些有趣的事情：BaCO 3納米晶體的小尺寸使它們特別容易受到離子交換反應的影響，而周圍的 SiO 2基質(zhì)提供了機械穩(wěn)定性以保持原始納米復合材料的轉(zhuǎn)換過程中的形狀。Hans Hendrikse 說：“這幾乎就像我們正在更換房屋的一些磚塊，同時保持整體結構完好無損。”

基于這些見解，擴大材料的選擇很簡單，并且開發(fā)了新的路線來將納米復合材料的成分改變?yōu)楦鞣N鎘、鐵、鎳和錳鹽。此外，原始納米復合材料可以成型為多種預定形狀。所有這些形狀都可以轉(zhuǎn)換為上述任何組合。因此，不僅可以轉(zhuǎn)換納米復合材料，還有多種材料和形狀可供互換選擇。

最后，該團隊探索了這種新方法的潛在應用。例如，他們發(fā)現(xiàn)含鎳納米復合材料可用作干重整過程的催化劑，其在低溫下的性能優(yōu)于傳統(tǒng)催化劑。此外，該團隊合成了形狀可控的磁鐵礦 (Fe 3 O 4 ) 納米復合材料，這些復合材料可以利用其磁性進行移動和重新定向。最后，他們利用離子交換反應之一期間引入的柔韌性以及二氧化硅基質(zhì)的收縮特性，創(chuàng)建了電子束激活的微型致動器。簡而言之，他們發(fā)現(xiàn)了保持形狀的離子交換 反應開辟了通往具有各種新穎功能特性的自組裝材料的新途徑。

標簽： 自組裝結構