破解奈米結構形成的秘密
- 上線日期：2009/4/24 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
當人類在實驗室努力去了解並控制奈米材料的成長機制時，大自然卻輕輕鬆鬆就辦到了。藉由解開大自然的秘密，或許我們可以精細調整原有的技術，以便製造出穩定且可重複生產的奈米材料。當然，說的比做的容易，我們欠的是一張可以在複雜的多維度參數空間(parameter-space)中指引方向的地圖。
在實驗上要對所有可能的材料及環境的組合取樣，幾乎是不可能的任務，但是理論及模擬卻很適合用來進行這項研究。藉由解析模型之助，我們可以對參數空間快速並有系統地取樣，進而出辨認出新的控制參數，並了解其形成機制。
澳洲墨爾本大學的Amanda Barnard及RMIT大學的Salvy Russo採用熱力學模型結合第一原理計算方式，來研究黃鐵礦(pyrite)形式的FeS2，探討其尺寸、形狀、軸向排列及寬高比，與環境變數(如溫度、表面水合及形成過程中化學先驅物豐度等)的關係。其中，水的吸附與鐵和硫的濃度變化在水熱合成(hydrothermal synthesis)以及生物礦化(biomineralization)中很常見，而且被認為會影響形成的形狀。
研究結果顯示，軸向排列在[001]與[011]方向的黃鐵礦奈米柱之間，具有競爭的關係。通常在一般環境下，不管硫的濃度或是水合程度，具六角形橫截面、沿[011]方向排列的奈米柱比較容易生長，但是當系統在水中的溫度超過115度時，方形截面的[001]方向奈米柱反而相對較為穩定。
根據上述結果，研究團隊認為或許水是影響基本形態特徵(如軸向排列)的決定性因素，而硫的濃度變化反而不如以往所認為得那麼重要。詳見Nanotechnology 20, p.115702 (2009)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/38073
譯者:蘇俊鐘(中央研究院應用科學研究中心)
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