納米顆粒組裝已經被提出作爲一(yī)種理想的方法來構建材料的層次組織，通過選擇納米尺度的組件來自下(xià)而上構建整個材料。多尺度結構控制是非常可取的，這是源于化學組成、納米尺度順序、微觀結構和宏觀形式都影響物(wù)理性質。然而，通常決定納米顆粒有序的化學相互作用，并不能提供任何在更大(dà)長度尺度上操縱結構的手段。微觀結構和宏觀形态仍然是未充分(fēn)探索的設計參數，開(kāi)發能夠将單個自組裝結構結合成宏觀的加工(gōng)技術，将是開(kāi)發在所有尺寸狀态下(xià)具有完全結構控制的納米顆粒的重要步驟。因此，基于納米顆粒的材料開(kāi)發需要在不犧牲其自組裝納米級排列的情況下(xià)，定制微觀和宏觀結構的加工(gōng)策略。其中(zhōng)，納米複合技術（NCT）非常适合生(shēng)産此類分(fēn)層材料，源于其固有的可伸縮成分(fēn)組成，并使用動态結合相互作用來決定納米顆粒如何排列成有序陣列。每個NCT均由覆蓋有聚合物(wù)的無機納米顆粒組成，其中(zhōng)每個聚合物(wù)鏈均終止于超分(fēn)子結合基團。将溶劑分(fēn)散的NCT與互補結合基團混合後，超分(fēn)子相互作用将顆粒組裝成更大(dà)的結構。由于将NCT連接在一(yī)起的超分(fēn)子相互作用是動态的，因此通過其解離(lí)溫度冷卻一(yī)系列NCT，可使它們組織成有序的超晶格。然而，由于聚合物(wù)鏈在幹燥過程中(zhōng)迅速收縮，之前試圖從組裝溶劑中(zhōng)去(qù)除晶格的嘗試導緻了晶格的混亂。因此，從這些NCTs中(zhōng)形成獨立的宏觀固體(tǐ)，首先需要一(yī)些方法來穩定它們，以防止在溶劑去(qù)除過程中(zhōng)的順序損失。今日，美國麻省理工(gōng)學院 Robert J. Macfarlane教授課題組（通訊作者）提出通過逐漸引入與聚合物(wù)發生(shēng)不利相互作用的非溶劑來穩定晶格，以防止聚合物(wù)塌陷，與該非溶劑的相互作用将導緻鏈采用較緻密的構型并使晶格收縮。從而演示了快速組裝以克爲單位的多面納米顆粒超晶格微晶的方法，利用此方法這些晶體(tǐ)可以類似于塊狀固體(tǐ)的燒結，進一(yī)步形成宏觀物(wù)體(tǐ)。該方法的關鍵是：控制納米顆粒組裝的化學相互作用在後續處理步驟中(zhōng)保持活性，這使得在形成宏觀材料時，可以保留顆粒的局部納米級有序性。可以根據超晶格微晶的尺寸，化學組成和晶體(tǐ)對稱性來調整固體(tǐ)的納米結構和微觀結構，微觀結構和宏觀結構可以通過後續的加工(gōng)步驟進行控制。因此，這項工(gōng)作提供了一(yī)種通用的方法，可以同時控制分(fēn)子到宏觀長度尺度上的結構組織。相關研究成果以“Macroscopic materials assembled from nanoparticle superlattices”爲題發表在Nature上。
圖一(yī)、在長度範圍内跨越七個數量級進行結構控制
圖二、NCT超晶格多面體(tǐ)的形成
圖三、微觀結構的控制
圖四、成分(fēn)，納米級有序性和微觀結構的獨立控制
文獻鏈接：“Macroscopic materials assembled from nanoparticle superlattices”(Nature，2021，10.1038/s41586-021-03355-z)
文章轉載自微信公衆号：材料人
