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《由胶体纳米颗粒组装而成的大面积三维分层上层结构》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2019-04-04

  • 将纳米尺寸的建筑构件组装成宏观三维复杂结构是一个挑战。在这里，使用蝴蝶翅膀作为模板，成功地将具有各种大小和形状(球体、恒星和棒)的纳米金属和半导体构建块组装成广泛的分级(纳米到微米)功能材料组件(厘米大小)。这是通过在组装过程中引入空间位阻来实现的，它补偿了环境敏感氢键的吸引力，并阻止了纳米大小的构建块的聚集。在这些材料中，金纳米星组件在532 nm、633 nm和780 nm激发下的表面增强拉曼散射(SERS)性能(罗丹明6G、1506 cm−1)有较好的增强，分别是金纳米球组件和商用SERS衬底(Q‐SERS)的3.1-4.4倍、3.6-3.9倍和2.9-47.3倍。该方法为将不同纳米尺寸的构件组装成不同的三维上层建筑以及混合纳米材料和纳米复合材料的制备提供了一条通用的途径。

    ——文章发布于2019年4月02日

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  • 《纳米科学家开发了工程胶体晶体的新方法》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-06-22
    • 新材料有望用于检测和解毒环境中的有害化学物质，以及在医药和能源存储方面的应用 美国西北大学国际纳米技术研究所(IIN)的研究人员开发了一种新的纳米材料工程方法，这种材料被称为胶体晶体，使用具有独特特性的建筑材料，这可能会促进医学、能源和环境方面的进步。 这项研究发表在5月19日的《自然通讯》杂志上。 表面涂有核酸的纳米颗粒可以被编程并组装成被称为胶体晶体的有序阵列。其中一些晶体的结构与自然界中发现的其他固体类似，比如食盐，但其他晶体的结构没有天然的等价物。胶体晶体可以应用于光子学等领域。 金属-有机骨架已用于解决气体储存、药物传递、化学传感和催化等方面的问题。这些框架是由有机分子配合金属离子或团簇在多孔，多维晶体结构。 纳米颗粒形式的金属有机骨架(MOF NPs)具有类似的潜力，但由于其纳米尺度的大小，具有显著的优势。然而，MOF NPs作为胶体晶体构建块的有效性受到其尺寸不均匀性和稳定性差的限制。 在这项研究中，由Chad a . Mirkin和Omar K. Farha领导的IIN研究人员设计了一种方法来克服这一限制，提高MOF NPs的统一性。用离心机分离小范围和密度的颗粒后，这些MOF NPs被DNA进行化学修饰。然后，研究人员使用MOF NPs来设计胶体晶体超晶格，这些超晶格要么完全由MOF NPs组成，要么是MOF NPs和金属纳米颗粒的组合。 这些新材料不仅在检测某些环境中的有害化学物质方面很有前景，而且在清除它们方面也很有前景。例如，利用MOF的NP超晶格作为光催化剂，研究人员能够将芥子气的模拟物转化为无毒形式。 使用这种方法，二维阵列和三维超晶格可以以非凡的精度设计和制备，使开发能够收集光用于储能、感知分子或催化化学反应的材料成为可能。他们的研究也显示了MOF NP构造块的形状如何影响整体晶格的最终结构。 论文题为“金属有机框架纳米粒子与DNA的胶体晶体工程”。 米尔金，通讯作者，是IIN的创始人和主任，以及温伯格文理学院乔治·b·拉斯曼化学教授。 与IIN合作的还有温伯格文理学院化学系的合著者王顺志、Sarah S. Park、Cassandra T. Buru、林海欣和Farha;以及麦考密克工程学院的陈鹏程和埃里克·罗斯。
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  • 《自愈纳米颗粒的广泛应用》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-11-25
    • AZO于2020年11月24日发布关于纳米颗粒的内容，文章指出自愈材料的有用性在两年前被发现，这种材料至今仍引起科学界的兴趣，研究人员使用纳米技术来增强自愈材料的有效性。 纳米颗粒可以分散在整个材料(如聚合物)，穿透裂缝，并帮助启动自我修复过程。本文讨论了自愈纳米颗粒的广泛应用。 自愈纳米粒子的一般性质和机理 在聚合物中加入纳米材料和纳米结构可以提供丰富的官能团、大的表面积和独特的特性(导热性、导电性和生物性)来帮助愈合过程。 纳米技术也有助于理解潜在的微和纳米级聚合物链的相互作用。这些信息有助于研究人员设计出具有多种应用的更先进的自愈聚合物。例如，科学家已经开发了一种利用环氧树脂、聚氨酯、橡胶和聚甲基丙烯酸甲酯的自愈合碳纳米管纳米复合材料。 自愈过程的有效性取决于纳米颗粒的类型、大小和形状。自愈合聚合物/碳纳米管的效率取决于其他因素: 矩阵的修改 纳米管的功能 处理方案 矩阵-纳米粒子相互作用或兼容性 2006年，马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校材料研究科学与工程中心的托马斯·罗素博士指出，这些材料可以修复任何形成的裂缝，且几乎不受外部侵入。 纳米膜还可以促进自愈特性。一些常用的纳米膜是纳米二氧化硅、石墨烯、碳纳米管(CNTs)、陶瓷氧化物和纳米纤维素。 研究人员报道，纤维素纳米晶须的加入使聚乙烯醇的抗拉强度提高了60倍。类似地，具有高导热性的石墨烯和碳纳米管等导电纳米管被用作纳米级加热器。因此，纳米颗粒被用来增强聚合物基质内的自愈机制。 自愈合纳米颗粒的应用 聚合物电损伤的自我修复 电网需要耐用、稳定和强介电聚合物来适当地绝缘导线。 高的局部电场导致电树，导致介电材料的结构破坏和导电退化，以及大规模的设备故障。 科学家们已经证明，在热塑性聚合物中加入超顺磁性纳米粒子(小于体积百分比的0.1%)可以帮助修复被电树刺伤的部位。这一措施也将确保绝缘性能的恢复。 在振荡磁场的影响下，纳米粒子移动到电树上并产生更高的局部温度。这将导致修复聚合物中的电树通道。这种方法也增加了电子和能源应用的电力电缆的耐久性。 乳腺癌术后复发的预防 水凝胶在1960年首次被报道。水凝胶是由交联的亲水聚合物组成的三维网络，它在水中膨胀。由于分离的聚合物链的物理和化学交联，它可以在不破坏结构的情况下保持大量的水。 水凝胶是一种非常重要的材料，特别是在肿瘤治疗和再生医学方面。这是因为它具有调节组织微环境的仿生能力。 利用席夫碱基连接，科学家们开发了一种基于石墨烯纳米颗粒的新型自愈合水凝胶。该石墨烯纳米颗粒基自愈水凝胶由硫酸软骨素、多醛和支化聚乙烯亚胺共轭石墨烯组成。 石墨烯纳米颗粒自愈水凝胶具有100%的自愈性，力学性能得到改善。一项小鼠乳腺癌术后复发的体外研究显示了基于石墨烯纳米颗粒的自愈合水凝胶的潜力。 自愈的电池 锂离子可充电电池通常使用碳基负极。这些电池容易形成枝晶，枝晶是在一个电极上发育并向另一个方向生长的小型金属结构。它们可能会引起短路甚至火灾。 尽管硅电极每单位体积能提供更高的能量，但由于充电周期的膨胀和收缩，它经常会崩溃。 伊利诺伊大学的研究人员开发了一种自愈电极，利用嵌入微胶囊的导电物质。电极的膨胀导致微胶囊破裂，使裂纹填充材料分散。 自我修复DNA纳米结构 科学家最近设计了具有自愈特性的DNA纳米结构。这些纳米结构可用于药物传递和诊断。然而，在应用DNA纳米结构之前，首先要做的是开发一种对抗核酸酶攻击的策略，即找到保护或修复受损DNA分子的方法。 纳米结构通常在24小时内在体温下的血清中被破坏。研究人员已经创造了各种策略，如dna -纳米管来稳定血清中的纳米结构。在含有纳米管的血清中加入这些更小的DNA贴片可以修复受损的结构。 自愈合石墨烯基复合生物传感器 可穿戴电子传感器是一种功能强大的设备，有助于疾病的早期诊断，并有助于持续监测个人的健康状况。然而，这些可穿戴传感设备在与人体接触时，不可避免地会受到划伤和机械割伤，从而导致其故障。 在一项概念验证中，研究人员揭示了一种具有自愈特性的柔性纳米关节传感器的发展。他们报道了一种带有功能化金纳米颗粒薄膜的自我修复聚合物的修正提高了基底和传感薄膜的愈合效率。
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