三面金字塔形成二维结构

四面体形状的纳米颗粒本身就很有趣，但在适当的环境下，莱斯大学的科学家们发现它们能做一些不同寻常的事情。大米的化学家马修•琼斯和研究生程志华(Zhihua Cheng)发现，他们的微观粒子具有意想不到的能力，可以将自己排列成2D手性上层建筑。

这一发现在a中有详细描述新的研究在自然通讯琼斯说，这可能是已知的第一个平面手性结构的自发自组装。

手性结构是镜像的对立面，类似的形式，就像右手和左手，不能相互叠加。这是药物设计中的一个重要区别，手性分子一方面是治疗性的，另一方面是毒性的。

四面体本身不具有手性，也就是说，它们可以叠加在镜像上。琼斯说，在实验过程中，当它们蒸发到表面上时，很容易就变成手性形式，这让人加倍惊讶。

“这出乎意料，”他说。“当你的积木不具有手性时，很少能看到手性结构形式。”

琼斯说，四面体所创造的二维超晶格可能会导致超材料那操作光而且声音在有效的方式．他说:“有一系列的论文预测，在这种长度尺度上具有手性的结构中，光学超材料会产生一些最有趣的性质。”

莱斯大学创造的手性表面是由具有等量左手和右手结构域的超薄粒子组合而成的。这关系到他们如何处理圆偏振光，在光谱学和等离子．

琼斯说，建造精确2D结构的一种方法是从一大块材料开始，像雕塑家一样从上到下工作，去掉不需要的部分，以达到所需的形状。自组装是一种自底向上的方法，一个大的结构，就像一棵树，从无数小块的连接中生长出来。自底向上的组装通常是两种方法中更快、更有效的一种。

琼斯说:“大多数情况下，人们在自组装中使用球形粒子，但就结构而言，你无法获得那么复杂的结构。”“我的团队利用非球形粒子，试图让它们自己组装成更复杂的结构。”

有发现一种制造成形良好的金纳米四面体的方法琼斯和程把它们放在溶液中，并把一个液滴放在基片上。“我们只是让液滴蒸发，我们得到的是这些惊人的超晶格，”他说。

“有两件事让它们如此神奇，”他说。“一个是它们完全是二维的，第二个更有趣的是，它们是手性的。”

琼斯和程最初认为这些粒子可能会在三维空间中生长，“但我们现在明白了它们是如何形成如此复杂的二维结构的，这种结构只有两个粒子厚，”琼斯说。

程说:“最初我们根本没想到他们会聚集在一起。我只是想看到粒子是纯净的，大小均匀的。当我看到不同的手性排列时，我完全惊讶于它们组装成如此酷的结构!”

琼斯说，粒子在聚集时利用了几种现象，包括范德华力，四面体表面上的分子与液滴所放置的基底之间的静电斥力。他说:“随着时间的推移，随着液滴蒸发，这些粒子从主要的排斥性变成了强烈的吸引力，这就是它们如何结晶成超晶格的。”

当四面体的尖端向上或向下聚集在一起时，材料的六边形域就形成了。当粒子聚集时，它们的点最终会相遇，这就要求它们互相滑动一点，继续靠得更近。这迫使组装六边形中的所有粒子随机地向一个方向或另一个方向旋转，形成左手和右手手性畴。

琼斯指出，这一现象是有数学基础的，最终可能会有人弄清楚。

“直到最近才出现了最密集的情况用数学方法证明了球体的堆积因此，我们可能还需要一段时间才能看到类似的四面体，”他说。“这非常、非常复杂。”

琼斯说，他看到了有一天“在游泳池表面组装这样的材料”的可能性，这样先进的超材料涂层可以应用于几乎任何物体，只需将其浸入液体表面。

-由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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