想象一下，如果一種材料將自身排列成適合其應(yīng)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(dòng)器。這是自組裝的承諾：通過(guò)讓物質(zhì)自行塑造來(lái)制造復(fù)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(guò)程與所得材料分開(kāi)。他們的研究結(jié)果于 11 月 16 日發(fā)表在Advanced Materials上，并在Nature和Nature Reviews Materials 上重點(diǎn)介紹.

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

研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(fù)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(fù)地將納米復(fù)合材料轉(zhuǎn)化為這種最終材料的途徑，同時(shí)研究了離子交換過(guò)程中納米復(fù)合材料的特性。通過(guò)電子顯微鏡和 X 射線(xiàn)衍射分析，該團(tuán)隊(duì)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(yīng)的影響，而周?chē)?SiO 2基質(zhì)提供了機(jī)械穩(wěn)定性以保持原始納米復(fù)合材料的轉(zhuǎn)換過(guò)程中的形狀。Hans Hendrikse 說(shuō)：“這幾乎就像我們正在更換房屋的一些磚塊，同時(shí)保持整體結(jié)構(gòu)完好無(wú)損。”

基于這些見(jiàn)解，擴(kuò)大材料的選擇很簡(jiǎn)單，并且開(kāi)發(fā)了新的路線(xiàn)來(lái)將納米復(fù)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(fù)合材料可以成型為多種預(yù)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(fù)合材料，還有多種材料和形狀可供互換選擇。

最后，該團(tuán)隊(duì)探索了這種新方法的潛在應(yīng)用。例如，他們發(fā)現(xiàn)含鎳納米復(fù)合材料可用作干重整過(guò)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(tuán)隊(duì)合成了形狀可控的磁鐵礦 (Fe 3 O 4 ) 納米復(fù)合材料，這些復(fù)合材料可以利用其磁性進(jìn)行移動(dòng)和重新定向。最后，他們利用離子交換反應(yīng)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(dòng)器。簡(jiǎn)而言之，他們發(fā)現(xiàn)了保持形狀的離子交換 反應(yīng)開(kāi)辟了通往具有各種新穎功能特性的自組裝材料的新途徑。

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