我们知道，鸟类的骨骼和树木的树干结构都经过了长期的自然进化，才达到强度和密度的完美平衡。美国科学家最近发现，自组装纳米结构能够超越这些自然界的“鬼斧神工”，在更加多孔的同时，又不会过于降低强度。相关论文发表在6月的《自然—材料学》上。
 
进项该项研究的是美国Sandia国家实验室、新墨西哥大学、凯斯西储大学以及普林斯顿大学的科学家。项目负责人Jeff Brinker表示，“微电子学和膜技术领域往往需要既多孔又坚固的材料，而新的研究成果使这一切成为可能。”
 
所谓自组装，一般是指原子、分子或纳米材料通过非共价键作用，在衬底上自发地排列成一维、二维甚至三维的稳定有序的空间结构。研究人员通过核磁共振、拉曼分光研究发现，人工方法使硅薄膜结构更加多孔的同时也会使孔壁厚度变得更薄（不到2纳米），重新排列后的硅结构也会变得更加紧密和坚固。
 
此前有研究证实，自然界最优化的骨骼的强度会按照密度平方的比例发生变化，而最新的研究表明，自组装纳米材料孔性的增加对劲度模量（stiffness modulus）的影响更小。尤其当纳米材料的孔是立方体结构时，劲度模量会随着自身密度的平方根变化。
 
Brinker表示，“我们的研究证实，纳米材料孔的结构和大小都会对它的劲度模量产生影响。其中，立方体结构比六边形结构坚固，而六边形结构又比圆柱状结构坚固。对同一种结构而言，孔性增加会导致劲度模量减小，但是减小程度要优于自然进化材料。”
 
新的发现有望改善硅材料在膜技术、分子传感器、微电子学器件等方面的表现。
 

图片说明：下面是硅材料多孔纳米结构的显微图，上面是该结构的放大示意图。

（图片来源：Sandia National Laboratory）

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《自然—材料学》论文摘要
 
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