原子“搭建”晶體　有望實(shí)現(xiàn)定制不同用途晶體材料

定制具有不同用途的晶體材料為時(shí)不遠(yuǎn)

科技日?qǐng)?bào)訊 （記者陳丹）英國(guó)研究人員首次能夠觀看晶體由原子一個(gè)一個(gè)地“搭建”而成的全過程，這賦予了他們令人難以置信的控制納米微觀結(jié)構(gòu)的能力。這項(xiàng)被稱為納米晶體測(cè)量學(xué)（Nanocrystallometry）的新技術(shù)有望用于定制具有不同用途的晶體，比如凈水劑或者隱形斗篷等。

“這是第一次我們可以真正拍攝到單個(gè)原子的運(yùn)動(dòng)，并觀察原子一個(gè)一個(gè)地組裝成晶體?！庇?guó)華威大學(xué)的尼古拉斯·巴里說。

在納米尺度的世界里，即使是由同一材料制成的桿、球和點(diǎn)，也擁有顯著不同的化學(xué)和物理性質(zhì)。但迄今為止，科學(xué)家控制此類結(jié)構(gòu)的能力有限，因?yàn)樗鼈兩L(zhǎng)得太快，即使是最好的電子顯微鏡也捕捉不到。

巴里和他的同事利用一張含有金屬鋨、碳和其他元素的分子薄膜開展了新實(shí)驗(yàn)。據(jù)《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)站5月28日（北京時(shí)間）報(bào)道，他們將一束電子束射向分子薄膜，使大多數(shù)分子分裂并釋放出單個(gè)鋨原子，其余的則熔合成一個(gè)能夠支撐這些自由原子的石墨烯晶格。而關(guān)鍵點(diǎn)在于，這個(gè)石墨烯晶格中含有雜質(zhì)。

巴里解釋說：“它摻雜了硼原子和硫原子，這能讓石墨烯表面的單個(gè)金屬原子的運(yùn)動(dòng)減速。”這些行動(dòng)遲緩的原子和電子顯微鏡的圖像捕捉速度一樣，研究團(tuán)隊(duì)因此能夠看到晶體生長(zhǎng)的過程。

研究人員還使用多種金屬原子首次制造出了鋨釕合金，這表明該方法可以令人信服地創(chuàng)建出擁有有趣性質(zhì)的其他新型材料。借助這項(xiàng)技術(shù)，科學(xué)家將能夠觀看不同的化學(xué)原料如何生長(zhǎng)成晶體，并設(shè)法定制可應(yīng)用于不同領(lǐng)域的晶體。此外，他們還能按需設(shè)計(jì)晶體的缺陷。

諾丁漢大學(xué)的托馬斯·張伯倫表示：“這種觀看單個(gè)原子一個(gè)一個(gè)結(jié)合形成納米粒子的能力，對(duì)于了解材料在原子水平上如何形成是一個(gè)重大貢獻(xiàn)?！?/p>

但他同時(shí)指出，晶體的反應(yīng)會(huì)構(gòu)成障礙。如果粒子表面沒有一個(gè)穩(wěn)定的覆蓋層，晶體材料將與它所遇到的其他粒子吸附在一起，從而越長(zhǎng)越大，活性也越來越低?！斑@些晶體的有用特性將隨時(shí)間快速改變，進(jìn)而消失?！?/p>

盡管如此，巴里認(rèn)為，石墨烯晶格上的高活性無涂層結(jié)晶“島”也是可以發(fā)揮作用的。比如，其可在原子尺度上探測(cè)氣體或者藥物。

對(duì)不同晶體的各向異性的利用已經(jīng)滲透到人們生活、生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。雖然當(dāng)前對(duì)結(jié)晶的共性方法和理論已有較全面的總結(jié)，但真正具體到每一類物質(zhì)或每個(gè)物質(zhì)，它們的結(jié)晶條件又不完全相同，如果能夠觀看到結(jié)晶原子的運(yùn)動(dòng)，并與結(jié)晶的外部條件結(jié)合，就能找到對(duì)結(jié)晶過程精確控制的辦法，制備出純度更高和性能更好的晶體，這將開啟晶體材料科學(xué)的新時(shí)代，希望科學(xué)家能夠舉一反三，盡快找到觀察其它晶體的辦法。（中國(guó)科技網(wǎng)-科技日?qǐng)?bào)）

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