斯坦福大學工程師用3D打印技術制造出數以萬計特殊形狀的納米粒子

美國斯坦福大學的材料工程師利用三維打印技術制造出了數以萬計的難以制造的納米粒子，這些納米粒子有望開發出能夠瞬間改變形狀的新材料。

斯坦福大學機械工程助理教授溫迪·顧在介紹她發表在《自然·通訊》雜志上的最新論文時說：“由納米球軸承構成的晶體與由納米骰子構成的晶體的排列方式不同，這些排列方式將產生截然不同的物理性質。我們利用三維納米打印技術制造出了已知最有前景的形狀之一——阿基米德截頂四面體（ATT）。它們是尖端被削掉的微米級四面體”。

在這篇論文中，溫迪·顧教授和她的合著者描述了他們如何納米打印出數以萬計的這種具有挑戰性的納米粒子，將它們攪拌到溶液中，然后觀察它們如何自我組裝成各種有前景的晶體結構。更重要的是，只需將這些粒子重新排列成新的幾何圖案，這些材料就能在幾分鐘內實現不同狀態之間的轉換。

這種改變“相位”的能力，材料工程師將其稱為“變形”特性，類似于將鋼變回鐵的原子重新排列，也類似于使計算機能夠以數字形式存儲TB級寶貴數據的材料。

溫迪·顧教授說：“如果我們能學會控制由這些ATT制成的材料中的這些相移，就能引領許多有前景的工程方向。”

長期以來，人們一直認為ATT是最理想的幾何形狀之一，可用于生產易于改變相位的材料，但直到最近，這種材料的制造仍具有挑戰性，在計算機模擬中可以預測，但在現實世界中卻很難再現。

溫迪·顧教授很快指出，她的團隊并不是第一個大量生產納米級ATT的團隊，但他們是第一批使用三維納米打印技術實現這一目標的團隊之一。

“利用三維納米打印技術，我們幾乎可以制造出任何想要的形狀。我們可以非常小心地控制粒子的形狀?！睖氐稀ゎ櫧淌诮忉屨f，“通過模擬預測，這種特殊形狀可以形成非常有趣的結構。當你能以各種方式將它們組合在一起時，它們就會產生有價值的物理特性?！?/p>

ATT至少形成兩種非常理想的幾何結構。第一種是六邊形圖案，其中的四面體平放在基底上，截斷的頂端朝上，就像一座納米級山脈。溫迪·顧教授表示第二種可能更有前景。它是一種準金剛石晶體結構，其中的四面體在朝上和朝下的方向上交替排列，就像雞蛋放在雞蛋盒里一樣。這種金剛石排列方式被認為是光子學界的“圣杯”，可以引領許多新的有趣的科學方向。

最重要的是，如果設計得當，未來由三維打印顆粒制成的材料可以快速重新排列，在應用磁場、電流、熱量或其他工程方法的情況下，很容易在不同階段之間來回切換。

溫迪·顧教授表示太陽能電池板的涂層可以全天變化，以最大限度地提高能效；飛機機翼和窗戶可以使用新時代的疏水薄膜，這意味著它們永遠不會起霧或結冰；還有新型計算機內存。這樣的設想不勝枚舉。

“現在，我們正在努力使這些粒子具有磁性， 以控制它們的行為方式?！睖氐稀ゎ櫧淌谡劦剿呀浽谶M行的最新研究時說，她正在以新的方式使用ATT納米粒子。各種可能性才剛剛開始探索。（綜合整理報道）（策劃/羅媛）