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铜纳米立方体内部结构首次明确

2018年08月15日 化学材料
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日本理化学研究所(简称“理研”)放射光科学研究中心的研发小组,以X射线自由电子激光(XFEL)设施“SACLA”为光源,通过利用X射线衍射成像(XDI)法,明确了金属纳米颗粒之一“铜纳米立方体”生长时的内部结构及其变化。

这项研究成果有望为此前只能依靠尝试和经验制作纳米颗粒的方法提供新的方案,促进纳米技术进一步发展。

亚微米尺寸纳米颗粒的特性有望为成像技术、新型光子材料及医学工程等领域带来技术革新,研究人员一直在推进相关研究。在应用研究中,需要控制纳米颗粒的形状、尺寸和明确内部结构。形状和尺寸可以利用电子显微镜观察,但此前一直缺少观察内部结构的测量方法。

此次,研发小组利用“XFEL-XDI法”,使1,637个纳米铜立方体颗粒的内部结构实现了可视化。结果发现,此前认为相同的内部结构其实存在巨大差异。另外,研发小组对获得的大量内部结构进行统计解析和流形解析,明确了颗粒生长过程中其内部结构发生的变化。

相关论文将刊登在美国科学杂志《Nano Letters》上,7月10日已率先发表于在线版上。

推算的纳米铜立方颗粒的生长过程模式图及纳米铜立方的图像

图1:推算的纳米铜立方颗粒的生长过程模式图及纳米铜立方的图像

观察到的纳米铜立方体的内部结构

图2:观察到的纳米铜立方体的内部结构

图2左:棱长约500nm的1个铜纳米立方体颗粒的衍射图案,以及对该图案应用相位恢复算法获得的投影内部结构(插入图)。内部密度按照蓝→绿→黄→红→白的顺序逐渐升高。

图2右:通过对内部结构的投影图像进行分类获得的铜纳米立方体颗粒的内部结构模型。数量最多的是具备以下结构特征的颗粒:立方体一面的中央附近有几个高密度区域,高密度区域从这个面以吊钟状延伸(中)。另外也观察到了很多高密度区域集中在立方体一角的颗粒(右)。

文 客观日本编辑部

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