由金字塔形积木制成的新纳米颗粒上层结构

布朗大学的研究人员从金字塔形纳米颗粒构建块组装了复杂的宏观超大结构。这项研究在“ 自然 ”杂志上有所描述，展示了一种将纳米粒子的有用特性带入宏观材料和器件的有希望的新方法。

“用球形纳米颗粒制造超结构已经进行了大量的研究，但使用四面体结构单元的情况要少得多，”布朗化学助理教授，该研究的资深作者欧晨说。“Tetrahedra开辟了制造更复杂结构的可能性，我们在这里展示的3D超结构是有史以来最复杂的单纳米粒子组件之一。”

Chen的研究小组在一年前开发了研究中使用的构建模块。粒子是量子点 - 纳米级半导体，可以吸收和发射光。Chen说，当使用它们构建更大的结构时，它们的四面体(金字塔状)形状比球体具有重要的优势。四面体可以与球体相比具有更少的空隙空间，从而使结构更加坚固。此外，研究中使用的颗粒是各向异性的，这意味着它们具有不同的性质，这取决于它们相对于彼此的取向。另一方面，球体在每个方向上都是相同的。

在四面体量子点的情况下，通过用与其他小平面不同的配体(化学键合剂)处理每个金字塔的一个平面或小平面来产生各向异性。

“当两个颗粒相互结合时，配体有助于指导触摸过程，”陈氏集团的博士后研究员，该项目的主要贡献者Yasutaka Nagaoka说。“在这种情况下，具有相似配体的小平面会吸引，这可以控制粒子如何自我排列。”

这与各向同性球体形成对比，各向同性球体随机排列。

“与使用各向同性球体相比，各向异性增加了我们可以制造的超结构的复杂性，”陈说。“它还为我们提供了一些控制超晶体中粒子原子排列的能力，这可能会产生有趣的特性。例如，你可以预测，对准将产生更好的电子特性，因为电子更容易跳过晶格上层建筑。“

在他们的研究中，陈和他的同事将四面体量子点溶解在溶液中，然后让粒子组装成三种不同类型的超结构：一维链，二维晶格和三维超晶。

陈说，3D超晶体特别有趣，因为它们的复杂性和它们形成的有趣方式。单个纳米颗粒首先形成每个36个颗粒的球状簇。然后，这些集群形成了更大的上层建筑。当研究人员使用X射线散射对结构进行详细描述时，他们发现晶格的原子结构确实是正确的，正如他们所希望的那样。

现在他们已经展示了形成结构的方法，下一步是询问它们的属性。

“量子点构建块本身很有趣，”陈说。“它们具有有趣的光子动力学，这可能转化为上层结构中有趣的光学特性。

“我们需要了解如何组装这些更大更复杂的结构，”他说。“我认为这些将成为将纳米级动力学带入宏观尺度并实现新型超材料和器件的桥梁。”