纳米颗粒构造块中“走出”的准晶体材料新成员学术资讯

布朗大学的研究人员展示了一种由单一纳米颗粒构建块组装而成的新型准晶体结构，这种准晶体具有10倍旋转对称的非重复性结构。

研究人员证实，一种特殊类型的纳米颗粒构建块可以自组装成准晶体超晶格。为了填补晶格空间，十边形会发生弯曲。

准晶体材料是由化学家丹•谢克特曼(Dan Shechtman)在上世纪80年代首次发现的。2011年，谢克特曼因这一发现而获得了诺贝尔奖。晶体的有序结构是重复出现的，准晶体的有序结构却不具有重复性。准晶体还具有在普通晶体中不存在的对称性——准晶体具有的5倍、10倍或12倍对称在普通晶体中是“完全禁止”的。

首种发现的准晶体材料为金属合金。这类材料已经用于制作煎锅的不粘涂层和外科设备的防腐涂层。但是人们对新型准晶体材料，尤其是自组装纳米颗粒构成的材料的兴趣却远不止如此。《科学》（Science）杂志12月20日报道，准晶体材料家族有了新成员。美国布朗大学（Brown University）的研究人员发现了一种由单一类型的纳米颗粒构建块自组装而成的准晶体超晶格。这是研究人员首次对由单一成分构成的准晶体超晶格进行观察。其结果可为准晶体的结构形成提供新的见解。布朗大学化学助理教授、论文第一作者陈欧（Ou Chen）说：“虽然科学家已经通过数学和计算机模拟对单组分准晶体晶格进行了预测，但在此之前并无实验室证明。我们得到的是一种全新类型的准晶体，并且我们已经找到了制备它的规则。这将对准晶体结构的研究产生深远影响。”

大约两年前，陈设计了一种新型的纳米颗粒构建块：金字塔形四面体量子点。尽管大多数关于纳米颗粒构建块的研究都是用球形颗粒完成的，但陈的四面体结构更紧凑，并可能形成更坚固的复杂结构。这种纳米构建块的另一个关键特征是具有各向异性。每个锥体颗粒表面都对应不同的配体。当粒子组装成更大的结构时，具有相似配体的表面往往会彼此结合。与缺乏各向异性的粒子相比，这种定向键使得结构更加有趣和复杂。在《自然》(Nature)杂志近期发表的一篇论文中，陈的团队报道了迄今为止由纳米颗粒构建块构筑的最复杂的超结构，并且这种结构实际上是准晶格。陈实验室的博士后学者、论文第一作者川口长冈（Yasutaka Nagaoka）说：“当我意识到这是准晶体时，我兴奋得立刻给陈发了一封邮件。”

利用透射电镜，研究人员展示了粒子组装成的离散型十边形及其构成的具有10倍旋转对称的准晶格。通过分析准晶体的结构，研究人员发现了形成准晶体的新规则，他们称之为“柔性多边形平铺规则”。陈认为，这一规则将有助于准晶体结构的深入研究，并为材料科学、化学、数学甚至艺术设计提供新信息。

科界原创

编译：雷鑫宇

审稿：西莫

责编：张梦

期刊来源：《科学》

期刊编号：0036-8075

原文链接：

https://phys.org/news/2018-12-chemists-quasicrystal-material-nanoparticle-blocks.html