LBNL：神奇纳米晶体注入液滴实现形状记忆，使液体的状态实现可逆

非液滴状的纳米晶体（左图）以化学方法压缩成固状2D状态并卡在油滴中间（中图），这会在油滴表面形成皱纹，随后可恢复到一种放松平滑的液体状态（右图）。 图片来源：劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）

      美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的科学家们找到了一种方法，使类似液体的状态表现得更像固体，这一过程是可逆的。

      他们将一滴含有氧化铁纳米晶体的液体注入含有微小聚合物链的油性液体中。他们发现，液滴中的化学添加剂可以与聚合物发生反应，在液体交叉处形成微小纳米颗粒。它们能够堵塞纳米粒子，使其像固体一样，然后通过聚合物和添加剂之间推拉作用反弹到液体状态。

      伯克利实验室材料科学部门的汤姆罗素（Tom Russell）说：“开发全液体电子器件，调控在干扰和未受干扰的状态之间移动的能力对研究细胞相互作用和控制细胞有很大的帮助。”他与伯克利实验室分子铸造厂的科学家布雷特赫尔姆（ Brett Helms）斯携手进行了这项研究，其中分子铸造厂是美国能源部科学设施办公室，专门从事纳米科学研究。

      “眼见为实，我们能够看到这些液滴实时着进行着相变。”赫尔姆斯说。“我们正在研究二维液体和二维固体的机械性能。”该研究成果于8月3日刊登在了Science Advances杂志上。

      通过观察液滴形状的变化来表征两个相之间的变化。 从中可得知有关液滴表面张力的信息，就像观察充气或放气时的球表面一样。

      他们采用了原子力显微镜，它像一个小型的记录针一样在液滴表面上移动，以测量其机械性能。

      在早期的研究中，Russell和Helms等访问研究人员以及伯克利实验室材料科学部和分子铸造厂的其他研究人员，通过向硅油中注入水线来雕刻复杂的全液体3-D结构。

称为配体（粉红色）的化学化合物与纳米晶体（绿色）的表面结合，纳米晶体与聚合物链（红色）结合导致晶体表现为固体状态。 科学家们还证明，释放纳米晶体的可以反弹到液体状态。 蓝色背景代表液滴，黄色代表液滴周围的油性物质。 图片来源：劳伦斯伯克利国家实验室

      虽然液态向固态的转变通常涉及温度变化等影响因素，但在最新的研究中，研究人员引入了一种称为配体的化合物，可以以精确的方式与纳米粒子表面结合。

      赫尔姆斯说：“我们不仅证明了我们可以采用这些二维材料并经历从固体到液体的这种转变，而且通过使用一定浓度的配体来控制这种情况发生的速度。”

      在较高浓度的配体下，纳米晶体的组合从堵塞状态更快地松弛到未破坏状态。研究人员还发现，他们可以通过施加磁场来控制油溶液中液滴的性质，例如，磁场可以吸引含铁纳米晶体使液滴变形，并改变液滴表面的张力。

       赫尔姆斯说，“寻找控制这种全液体系统的新方法对于与生命系统的相互作用非常有用，例如细胞或细菌。“基本上，我们利用这种新全液体系统移动到希望它们去的地方，或者将电子或离子移动到它们身上。”拉塞尔说。 “总得来说，使其能够为我们输出信息的研究是有价值。”

      另一方面，该研究对于探索纳米晶体本身的化学性质和机械性质也是有价值的。

      赫尔姆斯指出，最新的研究应该建立在简单性研究上，有助于其他人学习。我们在从未使用任何复杂的东西。我们的目标是证明任何人都可以做到这一点。它提供了界面上纳米化学的巧妙见解。它还向我们展示了可以在时域中和空间领域中设计具有定制结构和属性的化学系统。

      Russell指出，未来的研究可以集中在如何使二维材料液体结构小型化以应用于生物领域。他说：“这项工作的优点在于其液体仅为纳米级，只有十亿分之一英寸的大小，能够应对并适应环境或特定触发因素。”

原文来自于phys.org，原文题目为:Scientists 'squeeze' nanocrystals in a liquid droplet into a solid-like state – and back again,由材料科技在线团队汇总整理。