作者:卡伦·海德，太平洋西北国家实验室 信用:太平洋西北国家实验室 小规模形成的材料正被用于医药、电子、制造和许多其他应用
但是科学家们只了解了如何在纳米尺度上控制构件的表面，在纳米尺度上，病毒大小的简单机器可以运行
现在，由PNNL的材料科学家李东升和密歇根大学及中国科学院的合作者领导的一组研究人员已经揭开了最有用的纳米结构之一的秘密:五重孪晶
他们的研究详细描述了这种形状形成的原因和方式，发表在《科学》杂志上，并在2019年12月5日的材料研究学会年会上发表
一个五重双生结构的横截面看起来像一个切成五个完全对称的块的馅饼
具有这种结构的纳米材料已被证明具有有用的特性，并被用于医学研究中，以精确标记癌症肿瘤进行成像和跟踪，还被用于电子学中，在电子学中，纳米材料因其机械强度而受到重视
领导该研究小组的李说:“由五重孪晶畴组成的天然和合成纳米粒子具有独特的性质。”
“但是这些五重孪晶纳米粒子的形成机制还不为人所知
我们首次实时直接观察到五重孪晶的形成，并确定了它们形成的机制
" 电子显微镜显示纳米晶体自组装成五边形多边形
荣誉:PNNL·凯伦·海德 自从科学家们学会了如何在纳米尺度上操纵分子，他们就注意到材料往往会聚集成某些几何形状:电线、管子、球体和立方体都是在很少干预的情况下形成的
但是为什么呢？ 研究小组使用高分辨率透射电子显微镜和分子动力学模拟技术相结合的方法来探索这些结构形成的原因
在大多数情况下，纳米结构形成太快，无法用实验成像技术捕捉它们
在这里，研究小组采用了一个聪明的策略:他们将分子包裹在一种类似糖蜜的有机基质中，迫使分子移动得更慢，他们观察了200多个形成事件，以捕捉该过程的所有关键步骤
他们发现了形成五重孪生纳米结构的两种不同机制，这两种机制都是通过积累和消除应变来形成消除所有应变的理想形状
“我们研究出的机制是一种常见的晶体生长途径，广泛存在于不同的系统中，如金属、半导体、有机物和生物矿物相，”李说
“因此，我们从观察中学到的东西可以归纳为广泛的材料
" 现在研究人员已经掌握了形成这种结构的基本力量，他们希望能够将更多种类的材料引导成这种非常有用的饼形
“我们希望能够设计出尺寸和形态可控的纳米结构，并调整它们的性质，”李说
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