挪威科技大学南希·巴兹尔丘克 行业工具:一个三口烧瓶(左)用来制作制作纳米立方体的溶液，一个复杂的管道系统在溶液蒸发时冷凝溶液，并控制反应过程中的气流
信用:南希·巴兹尔丘克/NTNU 从事纳米尺寸组件工作的材料科学家已经开发出了处理微小材料的方法
但是，如果您可以让您的组件组装成不同的结构，而无需实际处理它们，会怎么样呢？ 沃纳·豪森研究的立方体非常小，几乎有50亿个立方体可以放在一个针头上
他在NTNU纳米实验室用化学药品和特殊肥皂的混合物，在一个顶部有三个颈部的奇怪的玻璃烧瓶中烹制立方体
当他把这些看不见的立方体暴露在磁场中时，他们完成了一个神奇的壮举:他们把自己组装成他想要的任何形状
“这就像盖房子一样，只是你不必去盖，”他说
磁力和其他力一起导致“房子自己建造——所有的积木在正确的条件下完美地组装在一起”
" 尽管研究人员此前已经能够使纳米粒子以不同的方式自我组装，但霍孔森和他的同事首次展示了磁性对于某些纳米粒子结构的机械特性有多么重要
研究人员称他们的微小纳米立方体作品为超结构或超晶体，因为纳米立方体是以有序的模式组织的，有点像晶体中的原子
“超晶体特别有趣，因为与单个纳米粒子或整体材料相比，它们表现出更强的性能，”霍克森说
最大的发现是，当磁性立方体以研究人员称之为超晶体的方式自组装时——例如线形、棒状或螺旋状——由于立方体之间的磁性相互作用，超晶体中粒子之间的内聚能可以增加45%
他说:“这意味着将整个事情联系在一起的能量增加了45%。”
超级晶体的强度及其增强的磁性将是开发未来用途的关键，这种用途可以涵盖从汽车工业应用到信息技术的所有领域
霍克森的研究刚刚发表在《高级功能材料》杂志上
这个实验室顶针充满了纳米尺寸的超晶体
你能看到的图案是超晶体自己排列的
信用:南希·巴兹尔丘克/NTNU 当事物变得微小时，物理变得怪异 纳米粒子研究的一个核心原则是，粒子越小，它们的行为越奇怪
这是因为随着尺寸的缩小，颗粒的表面积在结构总体积中所占的百分比比非纳米尺寸的颗粒大得多
“因此，纳米粒子越小，它们就越不稳定，”霍克森说
这就是纳米科学中所谓的“尺寸效应”，也是纳米技术的基本方面之一，因为物体变得小于100纳米
“你甚至可以让粒子在不同的晶体结构之间自发移动，因为它们的尺寸很小，”他解释道
“粒子部分熔化
" 尺寸效应还会影响小纳米粒子的其他特性，比如磁性，在磁性中，来自粒子的磁场会开始向不同的方向跳跃
尺寸仍然很重要 换句话说，尽管磁性可以使研究人员的自组装纳米结构变得强大，但尺寸效应仍然起着作用
当超晶体超小时，其结构比它们的大晶体弱
“这意味着，在超晶体的机械稳定性方面，你也有尺寸效应——一种“超尺寸效应”——但这也表明，其他超晶体的性质也有尺寸效应，”霍克森说
“同样值得注意的是，这种超尺寸效应超越了纳米尺度，向微米尺度发展
" 这个扫描电子显微镜图像清楚地显示了12纳米的纳米立方体组装成超晶体
信用:沃纳·豪森/NTNU 然而，在这种情况下，知道尺寸效应会影响超晶体，而不是提出问题，可以让研究人员通过各种不同的因素来控制或调整结构的行为
“这可能会打开一个新的领域，尺寸控制调谐，”豪森说
“控制超晶体的特征是可能的，不仅仅是通过粒子本身是如何形成的，还可以通过超晶体的形状和大小以及其中粒子的数量
" 磁铁矿立方体 霍根森在NTNU纳米机械实验室的研究依赖于他自己用磁铁矿制造的纳米立方体，这就是它们在磁场作用下自组装的原因
本质上，他制造了一种分子，然后在一种溶剂中加热，这种溶剂中含有一种叫做表面活性剂的类似肥皂的物质
表面活性剂可以防止纳米立方体变得太大，还可以控制纳米粒子的形状
通过这种方式，哈肯森和他的团队可以制作立方体和球体以及其他形状
霍根森的合作者来自各个学科，包括物理学家、机械和材料科学家以及计算专家，他们来自悉尼大学和UCLM大学(卡斯蒂利亚-拉曼恰大学)以及NTNU
他说，研究人员选择使用立方体进行研究，因为对立方体的研究比球体少，而且立方体也最有可能提供最强的结构
“这是基础研究
我们的动机是研究磁性如何影响超晶体的机械性能，”他说
“这很重要，因为我们有所有这些潜在的应用，但要实现它们，我们还需要机械稳定的超晶体
" 霍孔森说，他和他的合作者正在继续研究，以了解更多关于磁性如何被用来调整磁性超晶体的机械特性
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