在晶体的生长过程中，纳米粒子是否能够充当“人造原子”，成为构建复杂分子结构的积木？这一理论一直存在争议。美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的一项研究或能解决上述争论，并为未来的能量转换和储存设备发展指明方向。相关研究手机版发表在近日出版的《app》杂志上。
该实验室材料app部门的科研人员利用透射电子显微镜和先进的液体池处理技术，对由铂、铁纳米粒子构成的纳米棒的生长轨迹进行了实时观测。成像分辨率可达半埃（光谱线波长单位），比单个氢原子的直径还要短。观测结果有力地支持了纳米粒子在晶体生长中充当“人造原子”角色的理论。
在观测中，纳米粒子会由定向附着开始，在溶液中形成弯曲的多晶链，并逐渐排列起来，首尾相连形成能延展至单个晶体纳米棒的细长纳米线，其长度厚度比可达40∶1。由此可见，在纳米晶体的生成过程中，纳米粒子链和纳米粒子为构建纳米棒提供了基本的建筑模块，整个流程十分巧妙而高效。此前，类似的观测通常只限于晶体生长的前几分钟，而新研究能够有效延长这一时间达数小时，可谓在纳米粒子生长轨迹观测方面取得的重大进展。
研究人员表示，之所以选择铂、铁纳米棒作为研究对象，是因为电催化材料有望应用于下一代的能量转换和存储设备。研究具有不同形状、结构的胶状纳米晶体生长的关键在于长久保持观察窗内的液态环境，以使反应能够完全发生。他们在有机溶剂中溶解铂、铁的分子前体，利用毛细管压促使生长溶液进入氮化硅液体池中，并利用环氧树脂胶密封。科研人员强调，对于液体池的密封十分重要，可使池内的液体不至于变粘。一旦液体粘滞，就将阻碍纳米粒子的相互作用，从而抑制晶体的生长。而在之前的研究中，这一情况时有发生。
根据研究人员的观测，单个纳米粒子仅会存在于晶体生长的初始，随后其将被短链的纳米粒子所取代，并最终形成长链的纳米粒子。这在单个分子和分层的纳米结构之间搭设了桥梁，也为合理设计出具有可控特性的纳米材料铺平了道路。（来源：科技日报 张巍巍）
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