by AMOLF
三角形碳酸钡-二氧化硅纳米复合材料生长的光学显微图像的时间推移
利用静态的三角形紫外光图案(左图)，研究人员将纳米复合材料的轮廓控制为三角形
因为构件是在光下生成的，所以纳米复合材料的生长遵循光的模式
右边的照片是用电子显微镜拍摄的
信用:Bistervels等人
，AMOLF pH值(溶液或物质的酸碱度)
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来自AMOLF自组织物质研究小组的学生Marloes Bistervels成功地利用光非常精确地控制了珊瑚和花瓶形状的纳米复合材料的形成
通过用紫外光照射正确成分的溶液，她可以控制在微米级出现的位置、时间和结构
今天，她在科学杂志《先进材料》上发表了她的发现
几年来，该组织已经制造出了从珊瑚、花瓶到螺旋的纳米级美丽晶体结构
这些结构在一个叫做自组装的过程中，由各种化学物质自发形成
它们的形状取决于混合在一起的物质的数量和类型
这项研究旨在了解和控制这一过程
在这方面取得了一些成功
例如，研究人员可以选择是要生产珊瑚还是花瓶，但不能选择生长开始的时间和地点
“这个过程仍然包含一种形式的混乱
这仍然是一个自发的过程，我们希望获得更多的控制权，”该组织负责人维姆·努尔丁说
Bistervels现在已经表明，光非常适合实现这一点
用一束窄的紫外线，她可以非常精确和有选择地影响微米级的化学反应
化学反应开关 研究人员产生的荧光结构是简单化学反应的结果
它们是两种物质的合成物:碳酸钡和硅
一旦碳酸钡晶体在溶液中形成，硅就会加入并与晶体一起沉淀，从而形成不寻常的形状
溶液中的少量二氧化碳气体启动了这个过程
如果能够确保二氧化碳在所需的准确位置和时间产生，这将导致化学反应的开关
我们现在有了那个开关
通过用紫外灯照射溶液(类似于阳光照射的溶液)，溶液中的一种化学物质在光线照射的准确位置分解并形成二氧化碳
几毫米长的碳酸钡-二氧化硅纳米复合材料的光学显微照片
使用动态紫外光图案生长纳米复合材料
通过将紫外光图案以正确的速度移动到生长前沿，在那里生成构建块，研究人员可以控制纳米晶体的生长方向
生长这一毫米长的纳米晶体花了47个小时
信用:Bistervels等人
，AMOLF 独特的显微镜 Bistervels很快发现她的想法奏效了，但她想用来使荧光结构可见的标准显微镜与紫外线灯结合使用效果不佳
因此，她与技术人员马科·坎普和欣科·舍恩马克一起建造了一台特殊的显微镜
使用这种显微镜，可以非常精确地控制紫外线，甚至可以在家里远程控制
人们可以通过显微镜立即看到形成的晶体，如果有必要，可以调整自组装过程
阿姆斯特丹大学光化学教授弗雷德·布劳威尔用他对光和化学反应的知识帮助了研究人员
“由于这些独特的合作，我们能够将化学家和物理学家的优势结合起来
我从中学到了很多东西，”Bistervels说
Bistervels证明了使用这种方法，人们可以对形成的结构施加相当大的控制
她构建了一个相互靠近的螺旋和一个珊瑚，简单地通过轻微移动光线并对化学反应进行微小的调整
此外，她证明了大量的晶体可以在一个图案中一个接一个地产生
“这些实验不是微不足道的，”她说
“你需要不同的条件以及对时间和地点的多方面控制
" 研究人员称，最奇特的实验是画一条线
虽然这看起来没什么了不起的，比斯维尔说:“这证明了我们有多大的控制力
驯服晶体生长的方向是一项惊人的成就
你在纳米尺度上控制一个过程，用肉眼看到结果
" 控制生物矿化 这些建筑不仅仅是一个可以观赏的景观
通过学习如何利用光来控制结构的发展，研究人员获得了关于自组装的重要知识
“我们可以将这些方法应用于操纵类似自组装系统的局部化学反应
此外，我们看到了使用这些新方法来更好地理解自然界中生物矿化的可能性，例如骨骼的形成，”努尔丁说
在另一个项目中，自组织物质小组成功地将晶体转化为半导体
这些是太阳能电池、发光二极管和计算机芯片的重要材料
努尔丁解释说:“如果我们可以生产任何所需形状的半导体，而不需要昂贵而复杂的洁净室，那么这将提供有趣的可能性
一个例子是通过自组装制造电子元件
因此，我们目前正在研究如何控制三维结构，以便我们能够随后产生图案
"
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