導讀：導讀：在納米材料領域，形狀決定一切。也就是說，材料內部粒子的幾何形態(tài)直接影響其物理特性。斯坦福大學的材料工程師借助3D打印技術，成功制造出了大量難以生產的納米粒子。這些粒子為研發(fā)能夠即刻變形的新型材料奠定了基礎。

斯坦福大學機械工程副教授Wendy Gu在《自然·通訊》雜志上發(fā)表的最新研究中提到：“納米球軸承構成的晶體與納米骰子組成的晶體的排列方式截然不同，這導致了它們物理屬性的顯著差異。我們運用三維納米打印技術，成功制造了一種被認為極具潛力的形狀——阿基米德截頂四面體，這種形狀的特點是四面體頂端被截去?！?br />
在此研究中，Gu及其團隊描述了他們如何利用納米打印技術，制造出數以萬計這種復雜形狀的納米粒子，并將它們混合在溶液中觀察它們自組裝成多種有潛力的晶體結構的過程。更為關鍵的是，僅通過改變這些粒子的排列方式，材料便能在幾分鐘內完成不同狀態(tài)之間的轉換。

光學圖像揭示了多個六邊形晶體，這些晶體由截斷的四面體組成（上圖所示）。通過鍵序分析，不同的六邊形晶體以不同顏色標識（下圖所示）。顏色一致的相鄰四面體說明它們擁有相同的晶格取向。比例尺標為20微米。

這種轉換能力——材料工程師稱之為“變形”特性——類似于鐵變?yōu)榛鼗痄摰脑又匦屡帕羞^程，以及使得計算機能夠以數字形式儲存TB級別數據的材料過程。

Gu表示：“如果我們能夠掌握控制這些由阿基米德截頂四面體組成的材料的相變過程，那么我們就能開發(fā)出多種具有前景的工程應用?！?br />
長期以來，人們一直認為阿基米德截頂四面體（ATT）是生產易于變相材料的理想幾何形狀之一。但直到近期，這種材料的生產仍舊面臨挑戰(zhàn)——雖然計算機模擬能夠預測其形狀，但在現實世界中很難實現。

Gu指出，雖然她的團隊并非第一個大規(guī)模生產納米級阿基米德截頂四面體的團隊，但他們是首批（或許也是唯一一批）利用三維納米打印技術實現此目標的團隊之一。

“借助三維納米打印技術，我們幾乎能夠制造出任何想要的形狀。我們能夠非常精確地控制粒子的形狀，”Gu解釋道?！巴ㄟ^模擬預測，這種獨特的形狀能夠形成非常有趣的結構。當你能夠以各種方式組合它們時，它們便展現出有價值的物理特性?！?br />
至少有兩種極為理想的幾何結構可以由ATT形成。第一種是六邊形圖案，其中四面體平鋪底部，截頂朝上，形成一座納米級山脈。Gu認為，第二種準金剛石晶體結構可能更具前景，其中四面體以向上和向下的方向交錯排列，就如同雞蛋被放置在雞蛋盒中一樣。這種金剛石排列方式在光子學領域被視為“圣杯”，有望開啟許多新的、有趣的科學方向。

最重要的是，如果設計得當，未來由三維打印的粒子制成的材料能夠快速重新排列，通過施加磁場、電流、熱量或其他工程手段，它們能夠輕松地在不同的階段之間切換。

Gu表示，她設想的應用包括全天候變化的太陽能電池板涂層以最大化能效；飛機的機翼和窗戶可以利用新一代疏水薄膜，意味著它們將永遠不會起霧或結冰；還有新型計算機內存等。這樣的設想是無限的。

“現在，我們正致力于賦予這些粒子磁性，以此來控制它們的行為方式，”Gu談及她當前正在進行的最新研究時表示，她正在探索使用阿基米德截頂四面體納米粒子的新方法?！疤剿鞯目赡苄圆艅倓傞_始?！?br />
文章來自：ScitechDaily，由資源庫編譯

導讀：導讀：在納米材料領域，形狀決定一切。也就是說，材料內部粒子的幾何形態(tài)直接影響其物理特性。斯坦福大學的材料工程師借助3D打印技術，成功制造出了大量難以生產的納米粒子。這些粒子為研發(fā)能夠即刻變形的新型材料奠定了基礎。

斯坦福大學機械工程副教授Wendy Gu在《自然·通訊》雜志上發(fā)表的最新研究中提到：“納米球軸承構成的晶體與納米骰子組成的晶體的排列方式截然不同，這導致了它們物理屬性的顯著差異。我們運用三維納米打印技術，成功制造了一種被認為極具潛力的形狀——阿基米德截頂四面體，這種形狀的特點是四面體頂端被截去?！?br />
在此研究中，Gu及其團隊描述了他們如何利用納米打印技術，制造出數以萬計這種復雜形狀的納米粒子，并將它們混合在溶液中觀察它們自組裝成多種有潛力的晶體結構的過程。更為關鍵的是，僅通過改變這些粒子的排列方式，材料便能在幾分鐘內完成不同狀態(tài)之間的轉換。

光學圖像揭示了多個六邊形晶體，這些晶體由截斷的四面體組成（上圖所示）。通過鍵序分析，不同的六邊形晶體以不同顏色標識（下圖所示）。顏色一致的相鄰四面體說明它們擁有相同的晶格取向。比例尺標為20微米。

這種轉換能力——材料工程師稱之為“變形”特性——類似于鐵變?yōu)榛鼗痄摰脑又匦屡帕羞^程，以及使得計算機能夠以數字形式儲存TB級別數據的材料過程。

Gu表示：“如果我們能夠掌握控制這些由阿基米德截頂四面體組成的材料的相變過程，那么我們就能開發(fā)出多種具有前景的工程應用?！?br />
長期以來，人們一直認為阿基米德截頂四面體（ATT）是生產易于變相材料的理想幾何形狀之一。但直到近期，這種材料的生產仍舊面臨挑戰(zhàn)——雖然計算機模擬能夠預測其形狀，但在現實世界中很難實現。

Gu指出，雖然她的團隊并非第一個大規(guī)模生產納米級阿基米德截頂四面體的團隊，但他們是首批（或許也是唯一一批）利用三維納米打印技術實現此目標的團隊之一。

“借助三維納米打印技術，我們幾乎能夠制造出任何想要的形狀。我們能夠非常精確地控制粒子的形狀，”Gu解釋道?！巴ㄟ^模擬預測，這種獨特的形狀能夠形成非常有趣的結構。當你能夠以各種方式組合它們時，它們便展現出有價值的物理特性?！?br />
至少有兩種極為理想的幾何結構可以由ATT形成。第一種是六邊形圖案，其中四面體平鋪底部，截頂朝上，形成一座納米級山脈。Gu認為，第二種準金剛石晶體結構可能更具前景，其中四面體以向上和向下的方向交錯排列，就如同雞蛋被放置在雞蛋盒中一樣。這種金剛石排列方式在光子學領域被視為“圣杯”，有望開啟許多新的、有趣的科學方向。

最重要的是，如果設計得當，未來由三維打印的粒子制成的材料能夠快速重新排列，通過施加磁場、電流、熱量或其他工程手段，它們能夠輕松地在不同的階段之間切換。

Gu表示，她設想的應用包括全天候變化的太陽能電池板涂層以最大化能效；飛機的機翼和窗戶可以利用新一代疏水薄膜，意味著它們將永遠不會起霧或結冰；還有新型計算機內存等。這樣的設想是無限的。

“現在，我們正致力于賦予這些粒子磁性，以此來控制它們的行為方式，”Gu談及她當前正在進行的最新研究時表示，她正在探索使用阿基米德截頂四面體納米粒子的新方法?！疤剿鞯目赡苄圆艅倓傞_始?！?br />
文章來自：ScitechDaily，由資源庫編譯