发丝上玩转上万个“魔方”

　　本报讯（记者 徐瑞哲）1000倍的显微镜可以看清细胞，20万倍的电子显微镜才能看出纳米结构的形状。在纳米世界里，原本足球模样的纳米晶体竟被人工“雕琢”成一个个正立方体，还能自动组装，堪称世界上最小的“魔方”。这是中科院上海硅酸盐研究所日前在纳米结构可控制备和组装上取得的重要进展，该成果即将发表于下周出版的国际著名期刊《美国化学会会志》上。

　　1纳米是十亿分之一米的长度，相当于一根头发丝直径的七万到八万分之一。当今世界的纳米技术发展不再从纳米的“小”字上做文章，操控纳米结构的形状以及多个纳米单元之间的组装，已成新的研究方向。

　　纳米材料类别繁多，稀土是其中重要品种。我国稀土储量占世界80％，中科院上海硅酸盐研究所的科学家选择了稀土材料“氧化铈”作为纳米研究对象。氧化铈看似淡黄色粉末，其物理结构上的“细胞”是一个具有14个面的球状晶体，其中8个面是六角形，6个面是正方形，仿佛一只黑白相拼的皮质足球。

　　如何把“皮球”变成方的？高濂教授领导的课题组通过一年多来的大量实验，终于找到一种看似简单的“变形法”。他们将与猪油成分类似的“油酸”作为表面活性剂，参与到氧化铈的晶体生长过程中。油酸只会粘在正方形的晶体表面上，可以将这些方形面“定形定格”，同时那些不受油酸作用的六角形面则逐渐变成三角形，再不断变小，最终消失。这样，晶体只留下6个大小相同的正方形面，成了标准的立方体。

　　研究发现，在不同反应条件下，这些纳米立方块的边长可控制在4纳米至100纳米的不同尺寸，也就是说一根发丝粗细的空间内可以容下成千上万个“纳米块”。更有意思的是，无数个纳米立方块之间还有一种“磁力”。原本杂乱无章的它们，能自行扎堆成更大的立方体，状如玩具“魔方”；也能定向连成一条直线，状如玩具“魔棒”；还能自动包装，将金、银等其它纳米颗粒均匀包裹起来。

　　据课题组成员杨松旺博士介绍，这类“纳米变形法”有望适用于氧化铈以外的其它纳米材料。比如，在超微集成电路芯片上，半导体材料的“魔棒”可作为不同粗细的“纳米导线”，使计算机更趋微型化；在太阳能电极材料上，单层立方结构的纳米电池可以做得薄如蝉翼，甚至像一次性桌布般可以折起、铺开。

　　专家点评

　　《美国化学会会志》三位审稿人均对该研究工作的论文给予高度评价：“该文报道了一种有趣的氧化铈纳米立方块的定向自组装结构”，“这种定向纳米结构对于理解纳米材料的结晶学特点和探索纳米晶在催化、磁学、纳电子学领域的应用都非常重要”。