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移動端訪問更便捷功能性三維納米結構精準控制實現!
2024年01月31日 11:03:36
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近日,美國布魯克海文國家實驗室與哥倫比亞大學、紐約大學石溪分校合作建立了一種利用可編程DNA自組裝構建功能性三維納米結構的通用方法。
【化工儀器網 項目成果】三維納米結構是指由零維、一維、二維中的一種或多種基本結構單元組成的復合材料,三維納米結構既可具有納米材料與結構所賦予的量子效應、尺寸效應與表面效應等新奇物性,又可通過三維幾何結構實現電聲子輸運與耦合、自旋極化、激子行為、波陣面調控等物性的協(xié)同調制,獲得平面器件不具有的功能。
金屬和半導體三維納米結構是下一代半導體器件、神經形態(tài)計算和先進能源應用的潛在基礎材料,其精準控制對于實現各種新穎的機械、光學和電子性能至關重要。
近日,美國布魯克海文國家實驗室與哥倫比亞大學、紐約大學石溪分校合作建立了一種利用可編程DNA自組裝構建功能性三維納米結構的通用方法,他們通過對DNA鏈進行編碼,引導納米粒子按照設計好的結構自組裝成納米晶體,從而產生有益的特性,如導電性、光敏性和磁性等。
然而,該方法也存在局限性,例如,納米結構不夠堅固。在此前的研究中,布魯克海文國家實驗室的研究團隊發(fā)明出引入二氧化硅的方法來增強結構堅固性,相當于為納米材料打下堅硬的骨骼。
隨后他們又開創(chuàng)了兩種在材料表面結合化學物質的新技術——氣相滲透法和液相滲透法,以蒸汽形式將金屬等化學物質結合到納米結構上,并使其穿透材料表面,深入結構內部,相當于在堅硬的骨骼上疊加了各種功能性涂層。
在此項研究中,研究人員將兩種滲透技術疊加在一起,成功獲得了由金屬、金屬氧化物、半導體材料以及復合材料制備的各種納米結構,實現了通過一種方法生產種類廣泛的功能性納米結構。據相關研究員表示,技術疊加之后顯示出“比以往任何時候都更深入的控制”,可以產生更復雜的結構,例如將鉑、鋁和鋅結合在一個納米結構上。”
科研團隊通過使用相同的工藝方案,以簡單、可重復和穩(wěn)定的方式,成功生產出如此多材料成分不同的納米結構。目前,通過這一方法,科研團隊能夠生產出含有鋅、鋁、銅、鉬、鎢、銦、錫、鉑等不同金屬相互組合的各種三維納米結構。
科研團隊證明了可以使用DNA定向組裝來組織各種類型的結構,該項結果有助于開發(fā)創(chuàng)新性的半導體器件、光學材料、先進能源材料等。然而,要將這項研究提升到一個新的水平,不能僅僅依靠DNA。下一步,科研團隊將繼續(xù)擴展方法,為微電子和半導體器件等提供更堅固、功能更全面的結構。
(資料來源:中國科學報)
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