美開發出高度控制金屬奈米結構的方法

http://big5.ce.cn/gate/big5/intl.ce.cn/qqss/201204/05/t20120405_23214183.shtml

本報訊據物理學家組織網4月3日報道，為了獲得燃料電池中的催化劑和普通電池中的電極，工程師希望能製成多孔的金屬薄膜，爭取更大的表面面積以進行化學反應，並保有較高的導電性。而後者一直是一項令人沮喪的挑戰。現在，美國康奈爾大學開發出了一種新方法，可使多孔金屬薄膜的導電性提高1000倍。這一技術同時為製成多種可應用於工程和醫學領域的金屬奈米結構開啟了大門。相關研究報告發表在近期出版的《自然·材料》雜誌網路版上。

康奈爾大學材料科學和工程系教授烏利希·威斯納說，他們已經借助混合加熱方法，實現了對於所產生材料的構成成分、奈米結構和導電性等功能的高水準控制。新方法基於學界所熟悉的溶膠凝膠法，將一定的硅化合物和溶劑混合，可自組裝出含奈米級蜂窩孔洞的二氧化硅結構。研究人員所面臨的挑戰就是添加金屬，以創造出導電的多孔結構。

論文第一作者、現任美國西北大學研究員的斯科特·沃倫解釋說，在此前的實驗中，他們發現添加少量金屬將破壞溶液形成凝膠的過程。而由於氨基酸分子的一端對硅具有吸引力，另一端對金屬具有吸引力，科研人員萌生了利用氨基酸將金屬原子和硅原子相連的想法，這可避免由相位分離引發的金屬薄膜自組裝過程中斷。

基於上述途徑能製造出更多的金屬、硅碳奈米結構，並大幅提高其導電性。硅和碳可被移除，只留下金屬多孔結構。但硅—金屬結構即使在高溫下也能保持自己的形態，這對於製造燃料電池十分有益。沃倫同時表示，僅移除硅留下碳—金屬絡合物則提供了其他可能性，包括可形成較大的孔洞等。

實驗報告顯示，新方法能被用於製造對構成成分和結構具高度控制水準的多種材料。科研團隊幾乎為元素週期表中的每種金屬都製造出了一種結構，配合其他化學過程，孔洞的尺寸可達到10奈米至500奈米。他們同樣製造了填充金屬的硅奈米粒子，小到可被人類所攝入和吸收，這有望應用於生物醫學領域。此外，威斯納的團隊還以製造出“康奈爾點”而聞名，其可將染料封裝在硅奈米粒子中，因此溶膠凝膠工藝或也可應用於構建包含光敏染料的太陽能電池中。(張巍巍)