耶鲁大学 学分:耶鲁大学 在原子水平上复制材料的能力引起了材料科学家的极大关注
然而,目前的技术受到许多因素的限制
机械工程和材料科学教授兼系主任乌多·施瓦茨(Udo Schwarz)最近发表了两篇研究论文,这些论文可能会极大地拓展这一新兴领域的可能性
他的方法包括一个能将表面特征复制到小于10亿分之一米,或小于1/20原子直径的细节的过程
纳米结构和纳米图案化表面是许多纳米技术应用中不可或缺的组成部分
易于使用且经济的纳米压印方法具有巨大的应用潜力,例如高密度数据存储、光子器件、全息图、生物纳米流体芯片、水过滤和燃料电池中的电极
然而,由于这些材料的原子结构,在大多数材料中复制的精度是有限的
在《人工晶状体材料》一书中,施瓦茨指出,当使用金属玻璃时,复制表面特征的精确度几乎没有限制
事实上,精确度可以达到亚原子水平
关键是材料的原子结构
与晶体材料不同,晶体材料中的原子是特定排列的,玻璃中的原子排列没有限制性的周期顺序原则
“晶体总是想把原子放在特定的位置,如果你的模型与此不符,你就倒霉了,”施瓦茨说
但是金属玻璃没有如此严格排列的原子,允许它们适应需要它们的地方
通过加热玻璃,研究人员能够削弱材料的内部凝聚力,足以让原子以近乎完美的精度按照所需的方式移动
他说:“我们第一次证明,任何你拥有的结构,你都可以复制它——金属玻璃将正确地符合它。”
“你可以做到这一点,几乎没有准确性的限制
" 这意味着它们可以为推进玻璃结构、变形和相变的基础研究提供一个理想的平台,并在利用表面形貌功能化的领域实现新的应用
该杂志将《人工晶状体植入材料》作为“专题文章”进行宣传,该论文的合著者包括赵洲、阿米特·达蒂、陈政、乔治·H
西蒙、、王和简·施罗德
在第二篇论文《美国化学学会应用材料与界面》中,施瓦茨也用不同的方法研究了大块金属玻璃的纳米制造
该研究获得了杂志的“编辑的选择”称号,为此,施瓦茨开发了一种基于磁控溅射的方法
在磁子溅射中,气体离子,通常是氩,在这个过程中撞击“靶”并喷射出靶原子
喷出的原子随后穿过真空,最终到达它们形成薄膜的基底
由于可以用作靶的合金范围很广,并且可以覆盖很大的基底面积,所以该方法为研究人员提供了一个大型工具箱,用于选择所需的表面化学物质,同时在尺寸、形状以及可以使用的表面图案和模具的性质方面非常通用
施瓦兹说,这可以有效地将原子尺度的复制从“科学好奇”提升到广泛使用的纳米制造工具
在复制过程中,高精确度部分基于溅射技术,但也决定性地基于用于溅射膜的靶合金不结晶的事实
因此,试图建立结晶顺序的薄膜没有尺寸限制
他说:“这表明我们可以大规模复制亚埃(不到十亿分之一米)的表面结构,这可能会为大规模使用这些材料生产实际工件和以可承受的价格打开大门。”
由于只需要少量的材料,新方法是经济的
它也适用于大量的合金,它可以复制的模具类型灵活,并可以很容易地扩大规模
这种新方法的潜在应用包括开发纳米线和纳米管,用于纳米电子应用
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