科学家将铟原子穿入纳米纤维束以创造灵活的纳米线

科学家将铟原子穿入纳米纤维束以创造灵活的纳米线图1.(a)三维TMC晶体结构，由TMC纳米纤维组成，周围是单原子行的插层元素。(b)单个TMC纳米纤维的端面和侧面图。氯化物为金色，过渡金属为绿色，插层元素为深紫色。资料来源：东京都立大学过渡金属卤化物（TMC）的原子线是由过渡金属和第16组元素如硫、硒和碲组成的纳米结构。它们能够自我组装成具有不同维度的广泛结构，使它们成为纳米材料革命的核心，是近年来激烈研究的焦点。特别是，一类三维TMC结构引起了人们的特别兴趣，它由一束束TMC纳米纤维组成，这些纤维之间由金属原子固定在一起，在其横截面上形成一个有序的晶格（见图1）。根据对金属的选择，该结构甚至可以成为一个超导体。此外，通过使纤维束变薄，它们可以被制成可导电的柔性结构：这使得TMC纳米结构成为纳米电路中用作布线的主要候选者。然而，要把这些结构做成深入研究它们所需的长而薄的纤维，以及用于纳米技术的应用，一直都很困难。图2：（a）碲化钨纳米纤维束和最终插层结构的原子结构示意图，以及扫描透射电子显微镜图像。(b)在硅衬底上合成的三维TMC纳米纤维。资料来源：东京都立大学由助理教授YusukeNakanishi和副教授YasumitsuMiyata领导的一个团队一直在研究TMC纳米结构的合成技术。在最近的工作中，他们表明，他们可以在前所未有的大长度尺度上生产长而薄的TMC束（不含金属）。现在，他们已经使用气相反应将原子级的薄排铟穿入薄的碲化钨束。通过在500摄氏度的真空条件下将他们的长纳米纤维束暴露在铟蒸气中，金属铟原子进入构成纤维束的各个纳米纤维之间的空间，形成一个夹层（或桥接）的铟行，将纤维结合在一起。在成功地生产出大量的这些线状TMC束后，他们开始研究他们的新纳米线的特性。通过观察电阻率与温度的关系，测量数据确凿地表明，单个线束的行为像金属一样，因此能导电。这与计算机模拟结果一致，同时也证明了这些结构的有序性。有趣的是，他们发现这种结构与成批捆绑的纳米纤维略有不同，因为夹层行导致每个纳米纤维围绕其轴线轻微旋转。该团队的技术不仅限于铟和碲化钨，也不仅限于这种特定的结构。他们希望他们的工作可能会给纳米材料的开发和对其独特性能的研究带来新的篇章。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1347753.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1347753.htm

突破手性结构的极限：科学家首次控制纳米颗粒的扭曲度

突破手性结构的极限：科学家首次控制纳米颗粒的扭曲度虽然生物学中充满了像DNA这样的扭曲结构，被称为手性结构，但扭曲的程度是被锁定的--试图改变它就会破坏结构。现在，研究人员可以对扭曲的程度进行设计。这种材料可以使机器人准确地浏览复杂的人类环境。扭曲的结构将在从表面反射的光波的形状中编码信息，而不是在构成大多数人类阅读标志的二维符号排列中编码。这将利用人类几乎无法感知的光的一个方面，即所谓的偏振。扭曲的纳米结构会优先反射某些类型的圆偏振光，这种形状的光在空间中移动时会发生扭曲。彩色电子显微镜图像中带有糖果包装纸扭曲的微米级蝴蝶结。控制卷曲的纳米结构材料的扭曲程度的能力可能是化学和机器视觉中的一个有用的新工具。"这基本上就像甲壳类动物的偏振视觉，"领导这项研究的欧文-朗缪尔大学化学科学与工程杰出教授尼古拉斯-科托夫说。"尽管环境很阴暗，但它们还是能接收到大量的信息。"机器人可以读取在人眼里看起来像白点的标志；信息将被编码在反射的频率组合中，扭曲的松紧度，以及扭曲是左手还是右手。通过避免使用自然光和环境光，而依靠机器人产生的圆偏振光，无论是在明亮还是黑暗的环境中，机器人都不太可能错过或误解一个提示。能够选择性地反射扭曲光线的材料，被称为手性超材料，通常很难制造，但领结却不是。不同生长条件的阵列，从只用左手胱氨酸制成的左旋扭结，到用50-50混合制成的平底煎饼，再到只用右手胱氨酸制成的右手扭结。控制卷曲的纳米结构材料的扭曲程度的能力可能是化学和机器视觉的一个有用的新工具。资料来源：PrashantKumar，密歇根大学Kotov实验室。"以前，手性元表面的制作非常困难，需要使用价值数百万美元的设备。现在，这些具有多种诱人用途的复杂表面可以像照片一样被打印出来，"Kotov说。扭曲的纳米结构也可能有助于创造正确的条件来生产手性药物，而用正确的分子扭曲来制造手性药物是具有挑战性的。"以前在任何手性系统中没有看到的是，我们可以控制从完全扭曲的左手结构到平坦的煎饼再到完全扭曲的右手结构的扭曲度。我们把这称为手性连续体，"PrashantKumar说，他是U-M化学工程的博士后研究员，也是《自然》杂志上这项研究的第一作者。Kumar将这些领结作为一种涂料进行了测试，将它们与聚丙烯酸混合，并将它们点在玻璃、织物、塑料和其他材料上。用激光进行的实验表明，这种涂料只有在光线的扭曲度与领结形状的扭曲度相匹配时才会反射扭曲的光线。蝴蝶结是由金属镉和胱氨酸混合而成的，胱氨酸是一种蛋白质片段，有左手和右手之分，在水中加入碱液。如果胱氨酸都是左手的，就会形成左手的领结，而右手的胱氨酸则产生右手的领结--每个都有一个糖果包装的扭曲。但在左手和右手胱氨酸的不同比例下，研究小组做出了中间的扭曲，包括在50-50比例下的平底煎饼。最紧的蝴蝶结的间距，基本上是360度转弯的长度，大约是4微米长--在红外光的波长范围内。"我们不仅知道从原子尺度一直到微米尺度的领结的进展，我们也有理论和实验向我们展示指导力量。有了这种基本的理解，你就可以设计出一堆其他的粒子，"ThiVo说，他是U-M化学工程的前博士后研究员。他与该研究的共同通讯作者、马里兰大学化学工程系主任SharonGlotzer合作。与其他手性纳米结构相比，这些领结可能需要几天的时间来自我组装，而这些领结只需90秒就能形成。该研究小组在领结光谱中产生了5000种不同的形状。在模拟分析之前，他们在阿贡国家实验室用X射线研究了这些形状的原子细节。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357513.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357513.htm

纳米轮子：用于先进技术的具有独特性能的金属团块

纳米轮子：用于先进技术的具有独特性能的金属团块一个多研究所的研究小组合成了一系列纳米轮状金属团块，每个团块都具有特定的特性--如荧光和不同类型的磁性--可以推动下一代技术的发展。资料来源：清华大学出版社《多金属氧酸盐》。他们的研究结果最近发表在Polyoxometalates杂志上，这是一份经同行评审的国际跨学科研究杂志，关注聚氧金属的所有方面。共同通讯作者、西安交通大学前沿科学与技术研究所（FIST）教授郑艳珍说："多金属复合物不仅因其吸引人的分子结构，而且因其在各个领域的多用途应用而备受关注。"多金属复合物由各种金属的多个原子或金属和其他元素的组合组成，如果能够合成这些分子，就有可能使材料具有特定的性能。这些特性包括荧光或发光的能力，以及允许剧烈温度变化和控制的磁性特性。郑和他的团队专注于创造由镧系元素组成的多金属复合物，镧系元素是一组15种金属材料，也被称为稀土元素。他们特别使用了铕、铽和钆。在所有多金属复合物中，镧系化合物由于其有趣的磁性和发光行为而引起了前所未有的关注。"几个这样的化合物已经被成功分离出来，但直接合成一直是一个挑战。复合物所需的成分在几何上是多样的，需要大量的协调。郑说："以前的研究结果显示，在适当的有机配体存在下，控制镧系金属离子的水解--用水分解化合物--将是获得所需物种的有力策略。配体是一种与金属原子结合的分子。它加入到复合物中可以稳定其结构。"研究人员使用水解法在含有一种叫做三嗪的配体的浴液中分解镧系元素。三聚氰胺含有多个氧和氢的臂，这意味着它可以容纳很大范围的金属，并帮助稳定所产生的团簇。通过简单的水解反应合成了三个镧系纳米团块，并使用X射线衍射分析来揭示它们稳定的轮状结构。由于这些类似物中存在不同的镧系金属离子，每个化合物都显示出独特的特性。基于铕的团簇发出红色的荧光，而基于铽的团簇发出绿色的荧光。基于钆的团簇显示了在磁冷却方面的潜在应用。该研究小组正在继续研究这些团簇的合成和应用。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359535.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1359535.htm

科学家在树木化石中发现意想不到的独特树冠结构

科学家在树木化石中发现意想不到的独特树冠结构Sanfordiacaulis模型，简化了分支结构，以便于可视化。请注意，人类是为比例尺而提供的，但并不与树同时存在。资料来源：TimStonesifer缅因州沃特维尔科尔比学院的罗伯特-加斯塔多说："这棵树在其骨瘦如柴的树干上长出了长长的叶子，而且在短短的树干上长出的叶子数量之多令人吃惊。"他解释说，这些3.5亿年前的树木的形态看起来有点像蕨类植物或棕榈树，尽管棕榈树是在3亿年后才出现的。不过，蕨类植物或棕榈树的功能叶子都集中在顶部，而且数量相对较少。"相比之下，Sanfordiacaulis树干周围保留了250多片树叶，每片部分保留下来的树叶距离树干1.75米，"加斯塔多说。"我们估计，每片叶子至少再长一米才会终止。这意味着'瓶刷'有一个茂密的树冠，树叶在树干周围至少延伸了5.5米（或18英尺），而树干是非木质的，直径只有16厘米（或0.5英尺）。至少可以说是令人吃惊的"。这项工作得益于与圣约翰新不伦瑞克博物馆的马修-史汀生（MatthewStimson）和奥利维亚-金（OliviaKing）以及哈利法克斯圣玛丽大学的长期国际合作。研究人员的发现为植物的进化和乔木化提供了重要启示，乔木化指的是植物长到树高，或者成熟时至少有15英尺高。研究人员说，这些发现还提醒我们，在地球生命的历史长河中，曾经存在过一些我们从未见过的树木，有些看起来就像是来自苏斯博士的想象。Sanfordiacaulisdensifolia化石（比例尺为1米）。资料来源：马修-史汀生加斯塔多说："我们都有一个关于树的心理概念，这取决于我们生活在地球上的哪个地方，我们对熟悉的事物都有一个憧憬。我们报告的化石是独一无二的，是生命史上一种奇特的生长形式。它是森林植物经历生物多样化时期的进化实验之一，而且这种形态似乎寿命很短。"这些化石是由于地震引发的灾难性地震掩埋了裂谷湖边缘的树木和其他植被而保存下来的。大约7年前，第一个树木化石从一个采石场出土，但其中只有一个部分样本。加斯塔多说，又过了几年，才发现了另外四种空间距离很近的同一种植物的标本。其中一个标本揭示了树叶是如何离开树顶的，这使得它"绝对独一无二"。研究人员说，在长达4亿多年的化石记录中，只有少数树干被保存了下来，而树冠上的树叶仍然附着在树干周围。"任何树冠完整的化石在生命史上都是罕见的，"加斯塔多说。"树冠叶片附着在树干上，这本身就引出了一个问题：这是一种什么样的植物，这种植物是如何组织的，它是一种延续至今的形式，还是超出了'正常'的树的概念？所有这些问题，以及更多问题，都促成了这项历时多年的工作"。研究人员报告说，这棵树很可能依靠其不同寻常的生长形式来最大限度地捕捉光照，减少与地面上其他植物的竞争。他们认为，这棵树现在代表了较小的树木生长在较高的林冠下的最早证据。这意味着早石炭纪时期的植物生活比预期的要复杂得多，表明桑福迪卡利斯生活在植物"试验"各种可能的形态或结构的时代。"陆地上的生命史由动植物组成，它们与目前生活的任何生物都不同，"加斯塔多说。"过去深处的进化机制导致生物成功地生活了很长时间，但它们的形状、形态、生长结构和生活史却有着不同的轨迹和策略。罕见和不寻常的化石，如来自新不伦瑞克的这一案例只是殖民我们星球但却不成功的实验的一个例子"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1419845.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1419845.htm

科学家首次在实验中发现一维外尔费米子

科学家首次在实验中发现一维外尔费米子外尔费米子是一种在高能物理理论中被预言存在的粒子。它被理论预言可以存在于所有奇数维度（一维、三维）体系中，但目前人们对固体中外尔费米子的研究均在三维体系中开展，即三维外尔费米子。理论预言的最低维度（一维外尔费米子）仍未在实验中发现。根据发表在期刊上的一项研究，华东师范大学研究员袁翔课题组和合作者一起，在低维准粒子激发研究中取得重要进展。联合团队通过强磁场在三维拓扑绝缘体五碲化铪（HfTe5）中，发现了一维外尔费米子，并探索了其特殊的电磁响应。来自：雷锋频道：@kejiqu群组：@kejiquchat投稿：@kejiqubot

科学家3D打印出首个兼具超强强度和延展性的高性能纳米结构合金

科学家3D打印出首个兼具超强强度和延展性的高性能纳米结构合金据NewAtlas报道，随着新的制造技术的出现，全新的金属合金有了更多的可能特性。一个研究小组现在已经开发出一种新的可3D打印的合金，其特定的纳米结构使其具有超强的强度和延展性。大多数常见的合金，如不锈钢或青铜，是由一种主要金属与少量其他元素混合而成。但是，一种被称为高熵合金（HEAs）的新兴材料涉及将五种不同的元素以大致相等的比例混合在一起。由此产生的合金最终具有耐人寻味和有用的特性，如高强度重量比和随温度上升的硬度。这项新的研究集中于含有铝、钴、铬、铁和镍的等量的HEA。这种特殊的混合物已经实验了几年，但该团队使用一种尚未应用于它的技术--激光粉末床融合技术来制造它。基本上，原始金属的粉末形式被铺设在一个表面上，然后用高功率的激光进行喷射，使它们迅速熔化并重新凝固。这种技术是3D打印的一种形式，使最终的合金具有与其他制造方法非常不同的微观结构。该团队将其描述为看起来像一张网，有不同的立方体结晶结构的交替层。这使得HEA的屈服强度约为1.3GPa，比使用传统铸造方法制造时几乎强三倍。同时，它也更具延展性，与常见的权衡方法相反。这项研究的首席研究员陈文说：“这种不寻常的微观结构的原子重排产生了超高的强度和增强的延展性，这是不常见的，因为通常强大的材料往往是脆性的。对于许多应用来说，强度和延展性的结合是关键。我们的发现对材料科学和工程来说都是原创的，令人振奋。”这种强度和延展性的特殊组合可以使这种合金在航空航天、能源、运输或其他工程领域的部件中发挥作用。该研究发表在《自然》杂志上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1302879.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1302879.htm