不同形貌的納米粒子可以進(jìn)行不同的組裝，這在過去沒有深入研究過。比如，立方體、棱柱體、棒狀物等都表現(xiàn)出明顯的依賴于距離和方向的粒子間相互作用，這些相互作用可以用來(lái)創(chuàng)造獨(dú)特的粒子組合，而這些粒子組合是人們無(wú)法通過球形粒子的自組裝獲得的。

杜克大學(xué)（Duke University）的材料科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)化的方法，可以計(jì)算導(dǎo)致納米顆粒自組裝成更大結(jié)構(gòu)的吸引力。研究人員將能夠?qū)π螤罡鳟惖募{米顆粒之間如何相互作用做出以前不可能的預(yù)測(cè)。這一新方法為合理設(shè)計(jì)此類粒子提供了機(jī)會(huì)，其應(yīng)用范圍從太陽(yáng)能利用到推動(dòng)催化反應(yīng)非常廣泛。該項(xiàng)研究成果發(fā)表在11月12日的《Nanoscale Horizons》上。

納米顆粒之間的作用力稱為范德華力。根據(jù)量子物理的復(fù)雜定律，這些力的產(chǎn)生是由于圍繞原子運(yùn)轉(zhuǎn)的電子密度發(fā)生了微小的、暫時(shí)的變化。雖然這些力比庫(kù)侖力和氫鍵等其他分子間的相互作用弱，但它們無(wú)處不在，作用于每個(gè)原子之間，常常主導(dǎo)粒子之間的凈相互作用。杜克大學(xué)機(jī)械工程和材料科學(xué)副教授Gaurav Arya稱，精確計(jì)算在非常近的距離內(nèi)把這些粒子拉到一起的力在計(jì)算上代價(jià)很高，新方法計(jì)算速度提高數(shù)百萬(wàn)倍，同時(shí)只會(huì)損失少量的準(zhǔn)確性。

雖然研究人員主要研究立方體，但他們也表明這種方法適用于三角棱鏡、方形桿和方形金字塔。根據(jù)納米顆粒的形狀和材料，建模方法可能會(huì)影響廣泛的領(lǐng)域。例如，邊緣相近的銀或金納米立方體可以利用光線并將其聚焦到微小的“熱點(diǎn)”，為更好的傳感器或催化化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。

論文地址：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/nh/d0nh00526f#!divAbstract

編譯 YUXI