研究人员开发出制造胶体钻石的研究方法

2022-02-04 12:36:00项丽惠导读自1990年代以来，胶体钻石一直是出制研究人员的梦想。这些结构-微小材料的造胶稳定，自组装形式-具有使光波在计算中像电子一样有用的体钻潜力，并有望在

自1990年代以来，研究胶体钻石一直是出制研究人员的梦想。这些结构-微小材料的造胶稳定，自组装形式-具有使光波在计算中像电子一样有用的体钻潜力，并有望在许多其他应用中使用。研究但是出制，尽管胶体钻石的造胶想法是几十年前提出的，但是体钻没有人能够可靠地生产出这种结构。到现在。研究

纽约大学丹顿工程学院化学与生物分子工程教授，出制纽约大学物理学教授戴维·派恩(David Pine)领导的造胶研究人员已经设计出一种新的方法，以可靠地自组装成金刚石形式的胶体，从而可以实现廉价，可扩展的生产这种结构的制造。该发现在9月24日出版的《自然》杂志上的“胶体钻石”中进行了详细介绍，它可能为高效的光学电路打开一扇大门，从而使光学计算机和激光器，滤光器比以往任何时候更可靠，生产更便宜，从而取得了进步， 以及更多。

派恩和他的同事们，包括纽约大学物理系的博士后研究员何明新和纽约大学化学副教授史蒂芬诺·萨卡纳(Stefano Sacanna)，都是研究胶体及其结构的可能方法，已有数十年的历史。这些材料由比人的头发直径小数百倍的球形组成，可以根据球形之间的连接方式以不同的晶体形状排列。每个胶体使用胶粘到胶体表面的DNA链与另一种分子连接，胶体表面起一种分子魔术贴的作用。当胶体在液浴中相互碰撞时，DNA断裂和胶体连接在一起。取决于DNA连接到胶体的位置，它们可以自发形成复杂的结构。

此过程已被用来创建胶体串，甚至以立方形式形成胶体。但是，这些结构并未产生光子学的圣杯-可见光的带隙。就像半导体会滤除电路中的电子一样，带隙也会滤除某些波长的光。如果胶体以金刚石形式排列，则可以通过胶体可靠地实现以这种方式过滤光，该方法被认为太困难且昂贵，以至于不能以商业规模进行。

派恩说：“ 工程师们强烈希望制造出钻石结构。” “大多数研究人员已经放弃了，告诉您事实，我们可能是世界上仍在研究这一问题的唯一小组。因此，我认为该论文的发表将使整个社区感到意外。 ”

研究人员包括纽约大学坦丹分校的前博士后埃蒂安·杜克洛特(Etienne Ducrot)，现在在法国佩萨克CNRS Recheche Paul Pascal中心工作;韩国水原成均馆大学的Gi-Ra Yi发现，他们可以使用空间互锁机制，该机制会自发产生必要的交错键，从而使这种结构成为可能。当这些金字塔状胶体彼此接近时，它们以必要的方向连接以生成菱形。这种机制使胶体无需外部干预即可自行构造自身结构，而不是通过使用纳米机械来经历艰苦而昂贵的构建这些结构的过程。此外，即使去除了形成的液体，金刚石结构也是稳定的。

这项发现是因为他当时是纽约大学丹顿分校的研究生，他注意到他合成的金字塔状胶体的一个不寻常特征。他和他的同事们提出了将这些结构联系起来的所有方式。当他们碰巧遇到一个特定的相互联系的结构时，他们意识到自己已经找到了正确的方法。他说：“在创建所有这些模型之后，我们立即看到我们已经创建了钻石。”

“ Pine博士对第一个自组装胶体金刚石晶格的长期寻求证明将为国防部重要技术带来新的研发机会，这些技术可能会受益于3-D 光子晶体，”项目经理Evan Runnerstrom博士说，陆军研究办公室(ARO)，是陆军作战能力发展司令部的陆军研究实验室的组成部分。

他解释说，未来的潜在进展包括减轻重量和对精密传感器和定向能量系统的能量需求的高效激光器的应用;精确控制3D集成光子电路的光或光学签名管理。

“我对这个结果感到很兴奋，因为它很好地说明了ARO的材料设计计划的中心目标-支持高风险，高回报的研究，从而开辟了自下而上的途径来创建以前不可能制造的非凡材料。”

该团队还包括纽约大学物理研究生John Gales和宾夕法尼亚大学前博士研究生 Zhe Gong(宾夕法尼亚大学前纽约大学化学研究生)，他们现在致力于研究如何使用这些胶体钻石。在实际环境中。他们已经在使用可以滤除光波长的新结构制造材料，以证明其在未来技术中的实用性。