分子“模板”可控制合成材料的形狀

　　據美國物理學家組織網11月16日報道，美國科學家研制出了一種新的材料合成方法，可以更好地控制合成材料的幾何形狀和化學成分。使用這種方法合成的新材料如能很好地結合無機材料的功能，將有望用于制造新一代太陽能電池、催化劑以及光子晶體。

　　美國能源部下屬阿貢國家實驗室納米尺度材料和能源系統分部的化學家杰夫·伊拉姆和納米科學家賽思·達寧開發出了一種名為“連續滲透合成(SIS)”的技術，使用該技術，科學家可以用一塊由嵌段共聚物大分子組成的薄膜作為模板，制造出具有各種形狀和圖案的材料。

　　這種新方法是原子層沉積(ALD)技術的擴展，ALD是阿貢國家實驗室科學家廣泛使用的一種材料合成技術，可以將物質以單原子膜的形式一層一層地鍍在基底表面。而SIS不需要像ALD那樣層層鋪設不同納米材料組成的薄膜，只需使用嵌段共聚物作為基座即可。

　　達寧表示，這種新方法可制造出僅由ALD技術或嵌段共聚物無法制造出的材料，也可更好地控制所制造材料的幾何形狀和化學成分。

　　達寧解釋道，新技術的成功要歸功于嵌段共聚物獨特的化學性質。每個嵌段共聚物由兩個化學性質不同的子單元組成，例如，一個子單元可能具有親水性而另一個單元可能排斥水，因此，嵌段共聚物可被看成一對分子“雙胞胎”，其中一個分子在說話，而另外一個分子在安靜地傾聽。如果將很多這樣的分子“雙胞胎”放在一個房間內，物以類聚，談話的分子會靠近談話的分子，而傾聽的分子會接觸傾聽的分子，但它們不可能完全隔離開，而是分群聚集在房間的不同角落，正是這種 “行動”讓研究人員獲得想要的幾何形狀。

　　使用這種嵌段共聚物作為原始襯底，再加上新研發的SIS技術，就能形成具有不同形狀的材料(從球形到圓柱形再到曲面)。新材料的物理和化學性質取決于嵌段共聚物的化學性質和結構如何與ALD技術的化學性質相互作用，這使得研究人員可以比之前更精準的方式來控制材料的合成。不過，盡管存在著多種嵌段共聚物，但通常它們的應用不如無機材料那樣廣泛。達寧表示，科學家面臨的挑戰是將這些嵌段共聚物的自組裝特性同無機材料的功能性結合在一起。

　　研究人員認為，采用SIS技術制造出來的材料將有助于提高太陽能電池的效率，降低其成本。