據(jù)physorg網(wǎng)消息，來自美國(guó)能源部布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，中密歇根大學(xué)，以及密歇根州立大學(xué)的科學(xué)家們?nèi)涨鞍l(fā)現(xiàn)了一種納米物質(zhì)的三維分子結(jié)構(gòu)擁有廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景，其中包括更加有效的太陽(yáng)能電池、生物傳感器以及更加輕薄的電視/電腦顯示設(shè)備。該研究成果發(fā)表在近日《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊》的網(wǎng)絡(luò)版上。
這種材料是一種“高分子納米復(fù)合材料”，它由獨(dú)特的有機(jī)聚合物與尺寸為一納米或十億分之一米的無機(jī)部分自然形成的合成“積木”。當(dāng)這些分子聚集到一起，這些基本的單元就形成了這種納米復(fù)合材料。
“高分子納米復(fù)合材料長(zhǎng)期以來一直受到人們的關(guān)注，因?yàn)樗哂锌梢源龠M(jìn)許多科技領(lǐng)域進(jìn)步的極大潛力，” 布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家Tom Vogt說，他是這項(xiàng)計(jì)劃的研究成員之一�！斑@種聚合材料擁有獨(dú)特的機(jī)械特性，例如能夠彎曲，延伸等性質(zhì)，而兩種成分都是電的良導(dǎo)體。”
這次研究中是用的聚合物成分是一種被稱作聚苯胺材料，把它和諸如氧化金屬等多種無機(jī)化合物結(jié)合能夠制造出多種高分子納米復(fù)合材料。在這次研究中，無機(jī)化合物的成分是由水分子隔離開的氧化釩。
在之前的研究中，科學(xué)家一直不太了解這種納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，這主要是因?yàn)樗摹胺e木”并不是規(guī)律而整齊地排列。因此，研究小組無法依靠類似X光對(duì)這種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析方法，因?yàn)檫@些分析方法需要極為有序的晶狀樣本結(jié)構(gòu)。
傳統(tǒng)的X光衍射過程中，X光線會(huì)從樣本的原子上“反彈”或衍射開，最終形成清晰地光束。只要對(duì)這些光束加以分析，就能夠輕易地得到有關(guān)樣本中原子的位置與類型的詳細(xì)信息。但是當(dāng)X光線從納米復(fù)合材料中散射開來的話，光束就會(huì)被“抹去”，從而使科學(xué)家無法得到有關(guān)結(jié)構(gòu)的信息。
因此，研究小組采用了一種非常規(guī)的數(shù)學(xué)算法來破解這些X光線散射數(shù)據(jù)。起初先用這一方法來單獨(dú)分析聚苯胺聚合物的散射數(shù)據(jù)，然后在單獨(dú)分析氧化釩，最后開始分析這種高分子納米復(fù)合材料的散射數(shù)據(jù)。
研究者們利用這些單獨(dú)分析所得出的信息，制作出了一個(gè)三維立體模型，來反映聚苯胺和氧化釩如何在原子級(jí)混合并形成高分子納米復(fù)合體。這一模型還能夠描述在上下兩層氧化釩之間夾著一層水平的聚苯胺原子鏈，形成一個(gè)“三明治”結(jié)構(gòu)。
“我們的研究結(jié)果展示了如何將普遍應(yīng)用的X光分析技術(shù)與非常規(guī)的實(shí)驗(yàn)性方法結(jié)合來的帶納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息。這將有助于提高我們對(duì)這些物質(zhì)性質(zhì)的了解，”來自中米歇根大學(xué)的主要研究人員Valeri Petkov說。“我們希望我們成果可以促進(jìn)人們就這種納米復(fù)合材料進(jìn)行更多的研究�！�
此外，這一項(xiàng)目還包括密歇根州立大學(xué)科學(xué)家Mercuriou Kanatzidis所進(jìn)行的研究，他和自己的研究小組率先開發(fā)出了一種方法來合成這些納米復(fù)合材料。
這項(xiàng)研究由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助。
這種材料是一種“高分子納米復(fù)合材料”，它由獨(dú)特的有機(jī)聚合物與尺寸為一納米或十億分之一米的無機(jī)部分自然形成的合成“積木”。當(dāng)這些分子聚集到一起，這些基本的單元就形成了這種納米復(fù)合材料。
“高分子納米復(fù)合材料長(zhǎng)期以來一直受到人們的關(guān)注，因?yàn)樗哂锌梢源龠M(jìn)許多科技領(lǐng)域進(jìn)步的極大潛力，” 布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家Tom Vogt說，他是這項(xiàng)計(jì)劃的研究成員之一�！斑@種聚合材料擁有獨(dú)特的機(jī)械特性，例如能夠彎曲，延伸等性質(zhì)，而兩種成分都是電的良導(dǎo)體。”
這次研究中是用的聚合物成分是一種被稱作聚苯胺材料，把它和諸如氧化金屬等多種無機(jī)化合物結(jié)合能夠制造出多種高分子納米復(fù)合材料。在這次研究中，無機(jī)化合物的成分是由水分子隔離開的氧化釩。
在之前的研究中，科學(xué)家一直不太了解這種納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，這主要是因?yàn)樗摹胺e木”并不是規(guī)律而整齊地排列。因此，研究小組無法依靠類似X光對(duì)這種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析方法，因?yàn)檫@些分析方法需要極為有序的晶狀樣本結(jié)構(gòu)。
傳統(tǒng)的X光衍射過程中，X光線會(huì)從樣本的原子上“反彈”或衍射開，最終形成清晰地光束。只要對(duì)這些光束加以分析，就能夠輕易地得到有關(guān)樣本中原子的位置與類型的詳細(xì)信息。但是當(dāng)X光線從納米復(fù)合材料中散射開來的話，光束就會(huì)被“抹去”，從而使科學(xué)家無法得到有關(guān)結(jié)構(gòu)的信息。
因此，研究小組采用了一種非常規(guī)的數(shù)學(xué)算法來破解這些X光線散射數(shù)據(jù)。起初先用這一方法來單獨(dú)分析聚苯胺聚合物的散射數(shù)據(jù)，然后在單獨(dú)分析氧化釩，最后開始分析這種高分子納米復(fù)合材料的散射數(shù)據(jù)。
研究者們利用這些單獨(dú)分析所得出的信息，制作出了一個(gè)三維立體模型，來反映聚苯胺和氧化釩如何在原子級(jí)混合并形成高分子納米復(fù)合體。這一模型還能夠描述在上下兩層氧化釩之間夾著一層水平的聚苯胺原子鏈，形成一個(gè)“三明治”結(jié)構(gòu)。
“我們的研究結(jié)果展示了如何將普遍應(yīng)用的X光分析技術(shù)與非常規(guī)的實(shí)驗(yàn)性方法結(jié)合來的帶納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息。這將有助于提高我們對(duì)這些物質(zhì)性質(zhì)的了解，”來自中米歇根大學(xué)的主要研究人員Valeri Petkov說。“我們希望我們成果可以促進(jìn)人們就這種納米復(fù)合材料進(jìn)行更多的研究�！�
此外，這一項(xiàng)目還包括密歇根州立大學(xué)科學(xué)家Mercuriou Kanatzidis所進(jìn)行的研究，他和自己的研究小組率先開發(fā)出了一種方法來合成這些納米復(fù)合材料。
這項(xiàng)研究由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助。
