新方法可让“超材料”实现自我组装

2011-11-07 11:06 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网11月2日报道,美国科学家在最新一期德文版的《应用化学》杂志上指出,他们最新研制出的纳米制造技术可让自然界中并不存在的“超材料”自我组装而成。由此得到的“超材料”有些具有非比寻常的光学特性,有助于制造能给蛋白质、病毒、DNA(脱氧核糖核酸)等摄像的“超级镜头”以及隐形斗篷;而另外一些则具有独特的磁性,有望在微电子学或数据存储等领域大展拳脚。

  迄今为止,科学家们只能利用电子束曝光系统(一种利用电子束在工件面上扫描直接产生图形的装置)等设备在薄层上制造出“超材料”。而现在,康纳尔大学工程学教授乌力·韦斯勒领导的科研团队提出的新方法则可使用化学方法让嵌段共聚物自我组装成纳米结构的三维“超材料”。

  聚合物分子链接在一起会形成固体或半固体材料。而嵌段共聚物则由两个聚合物分子的终端链接在一起形成,当两个聚合物分子的终端完全相同时,它们会链接形成一个相互关联的、具有重复几何形状(比如球形、圆柱形或回旋形)的图案,组成这些重复图案的单元可能小至几纳米宽。这些结构形成之后,两个聚合物中的其中一个能被溶解,留下一个三维模型,可将金属(一般是金、银)填充于其中,另一个聚合物随后会逐渐消失,留下一个多孔的金属结构。

  在最新研究中,科学家们希望制造出光能通过其中且具有能与光相互作用的纳米特性的金属回旋物。科学家们表示,他们随后能利用这些金属回旋物设计出具有负折射率(能让光在相反方向弯曲)的材料,由这样的材料制成的“超级透镜”能给如蛋白质、病毒和DNA等比可见光波长更小的对象摄像。此前,已有实验制造出了类似的透镜,但没有一种能在可见光范围内工作。

  研究小组使用计算机制作出了几种由共聚物自我组装而成的金属回旋物模型,并计算出了当光通过这些材料时的表现。他们得出结论称,在可见光和近红外线范围内,这样的材料可能有负折射率;而且,折射率的大小可通过调整这些超材料重复属性的大小来控制,而通过修改自我组装中用到的化学方法可调整重复属性的大小。

  他们假定金属结构由金、银或铝制成并逐一进行了计算实验,结果发现,使用银时才能获得满意的结果。科学家们表示,他们正在让这些能在可见光范围内工作的超材料变成现实。