Nature子刊：科学家首次发现纳米晶组装过程机理

纳米晶是一种可以应用到不断革新改进的电子设备中的一类新材料，由于纳米晶尺寸可调的特性，以及能够以低成本集成到器件中而备受关注。

虽然纳米晶体的结构已经得到了广泛的研究，但是到目前为止还没有人观察到纳米晶组装的整个过程。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家Christine Orme，Yixuan Yu，Babak Sadigh和加州大学洛杉矶分校的同行共同参与到纳米晶结构形成过程的研究中。

Orme说：“我们认为，如果能够识别出纳米晶组装过程的详细的数量信息，同时如果结晶过程能够得到更好的控制，那么我们的研究情况将会得到改善。”Orme是劳伦斯利弗莫尔国家实验室材料科学家，作为作者之一，他们的研究成果发表在了“Nature Communications”杂志上。

器件内部的纳米晶形成整体结构，它们的集体物理性质，如电荷载流子的迁移率，既取决于单个纳米晶的性质，也取决于它们的排列方式。原则上，有序的纳米晶体集合或超晶格通过促进微带的形成而允许更多地控制电荷传输。然而，在实践中，由有序纳米晶超晶格制造的器件很少出现在市场上。

以往的研究大多采用溶液蒸发法制备纳米晶超晶格，并随着溶剂的逐渐蒸发而探索组装过程。然而，由于纳米晶体溶液的体积和形状以不可控制的方式不断变化，并且毛细力可在干燥阶段驱动纳米晶体运动，因此难以获得关于组装过程的定量信息。

电场驱动增长为这一问题提供了解决方案。Orme说：“我们最近的研究已经证实电场可以用来驱动有序的三维纳米晶超晶格的组装。”

由于在不改变纳米晶溶液的体积、形状和组成成分的情况下，电场使溶液的局部浓度增加，因此可以定量地探索结晶体系，而不需要复杂的毛细管力或干燥界面的散射。

正如预期的那样，研究小组发现电场的作用力将纳米晶推向表面，形成浓度梯度，导致超晶格的成核和生长。令人惊讶的是，电场也会根据尺寸大小对纳米晶进行分类。本质上，电场在纳米晶生长过程中既浓缩又净化纳米晶溶液。

Orme说：“由于这种尺寸分选效应，超晶格晶体得到了更好的排列，在晶体生长过程中，晶格中纳米晶的尺寸可以调谐。这可能是应用于光电设备的有用工具。我们正在研究红外探测器，并认为这可能是改善显示器颜色的好策略。”