布朗大学：金字塔形的纳米粒子搭建出成复杂的三维超结构

布朗大学的研究人员用金字塔形状的纳米颗粒堆砌块构建了复杂的宏观超结构。这项研究发表在《自然》杂志的一篇论文中，展示了一种有前景的将良好特性的纳米粒子引入宏观材料和器件的新方法。

布朗大学化学助理教授、该研究的高级作者Ou Chen说：“已经有很多研究用球形纳米颗粒来构建超结构，但很少使用四面体的构建块体。四面体开辟了制造更复杂结构的可能性，我们在这里展示的3D超结构是迄今为止由单个纳米颗粒组件组装的最复杂的结构之一。”

陈的研究小组在一年前开发了这项研究中使用的纳米颗粒组装块型的粒子。这些粒子是量子点——能吸收和发射光的纳米级半导体。陈说，当使用它们建造更大的结构时，它们的四面体（金字塔状）形状比球体有着重要的优势。四面体与球体相比有更少的空隙，使得结构更具鲁棒性。此外，研究中使用的颗粒是各向异性的，这意味着根据它们彼此的取向会具有不同的性质。然而，球体在各个方向上都是相同的。

陈的团队和研究的主要贡献者Yasutaka Nagaoka博士后研究员解释说：“在四面体量子点的情况下，通过用不同的配体(化学键合剂)处理每个金字塔的一个平面或小面，就会产生各向异性。配体会帮助实现粒子之间的识别感应过程，当两个粒子面对面地聚集在一起时，在这种情况下，具有类似配体的小面相互吸引，这在一定程度上控制了粒子如何排列自身。”

“相比于使用各向同性球体，各向异性增加了超结构的复杂性，我们做到了这一点，”陈说。“它也带给了我们一些方式方法来控制超晶体中粒子的原子排列，这可能会产生有趣的性质。例如，你可以通过预测排列的方式便会了解更好的电子特性，由于超结构电子更容易实现晶格的跳跃。”

在这项研究中，陈和他的同事在溶液中溶解了四面体量子点，然后允许粒子组装成三种不同类型的超结构：一维链、二维晶体晶格和三维（3D）超晶体。

陈说，因为它们的复杂性和它们形成的有趣方式，3D超晶体特别有趣。单个纳米颗粒首先形成球状团簇，每个团簇包含36个颗粒，然后这些颗粒聚集起来形成更大的超结构。当研究人员使用X-射线散射来详细表征这种结构时，他们发现晶格的原子结构确实是正如他们希望的那样排列。

既然已经展示了一种形成该结构的方法，下一步就是要看看它们的性质。量子点来构建块本身很有趣，陈说。他们具有有趣的光子动力学，这可能转化为有趣的光学性质的超结构。

“我们需要了解如何组装这些更大、更复杂的结构。我认为这将是一座桥梁，将纳米级动力学带入到宏观尺度领域，并使新型超材料和器件成为可能。”

文章来自materialstoday网站，原文题目为Pyramid-shaped nanoparticles can build complex 3D structures，由材料科技在线汇总整理。