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功能性三維納米結構精準控制實現(xiàn)！
2024年01月31日 11:03:36 來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：13779

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(wǎng) 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(xiàn)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(jīng)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(xiàn)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(chǎn)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(nèi)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(xiàn)了通過一種方法生產(chǎn)種類廣泛的功能性納米結構。據(jù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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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