非常藝術品納米雕塑

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導讀微型郁金香:掃描電子顯微鏡下的這束花,只有大約50微米寬。研究人員利用簡單的初始材料氯化鋇(一種鹽)和硅酸鈉(水玻璃),自組裝生成晶體。材料在溶液中會隨著環境條件,例如溫度、酸度和二氧化碳總量,生長成不同形狀的晶體。(由《科學美國人》中文版《環球科學》提供)這種在萌芽水珠基底上生長的釘狀花朵,展現了研究人員駕馭新技術來設計復雜花樣的能 ...

微型郁金香:掃描電子顯微鏡下的這束花,只有大約50微米寬。研究人員利用簡單的初始材料氯化鋇(一種鹽)和硅酸鈉(水玻璃),自組裝生成晶體。材料在溶液中會隨著環境條件,例如溫度、酸度和二氧化碳總量,生長成不同形狀的晶體。(由《科學美國人》中文版《環球科學》提供)
這種在萌芽水珠基底上生長的釘狀花朵,展現了研究人員駕馭新技術來設計復雜花樣的能力。在此之前,研究人員嘗試過通過設置初始條件,任其生長來制造三維微結構。而這次是研究人員第一次能夠設計一種明確的結構。(由《科學美國人》中文版《環球科學》提供)
這些結構都是生長在浸沒於水中的玻璃瓶表面。當外界的二氧化碳進入這個體系時就會溶解在溶液中,形成濃度梯度差。和溶液底層相比,越靠近表面,二氧化碳在溶液中的濃度越高。由於鹽和水玻璃的分子對這種環境因素非常敏感,因此在溶液淺層便形成了莖的形狀,而在中間形成球果形狀。
這些纖細花瓶中的花朵都是一部分一部分生長的。先是花瓶,然後是莖杆,最後短暫地衝入二氧化碳來使綻放花朵。用於制作的材料甚至對微小的環境變化都非常敏感,因此每朵花都是獨一無二的。當這些材料離開溶液時,其周圍的二氧化碳梯度發生了變化,因而也改變了旁邊相鄰花朵的形狀。
這朵康乃馨的褶皺花瓣暗示著這種技術不僅可以用於制作美觀的微型花束,還可以用於高度依賴於催化劑的產品。催化劑能夠加快化學反應速率,而三維褶皺意味著在較小空間中有較大的表面積,也就給催化劑提供了更多的搭載空間。(由《科學美國人》中文版《環球科學》提供)
圖中“微型容器”褶皺處的厚薄各代表著一個字母的莫爾斯碼。研究人員可以通過提高或降低二氧化碳的濃度,來增大或減小結構壁的厚度。(由《科學美國人》中文版《環球科學》提供)
就像圖中的康乃馨所示,當酸度升高時就生成了雙螺旋結構的莖杆。不同於二氧化碳濃度梯度變化帶來的外部生長,酸度變化可以帶來內部生長,形成葉片、水滴和雙螺旋形狀。晶體生長時改變了周邊的環境條件,而晶體與環境間的復雜反饋決定了這些形狀的發展方向。
一張高清的雙螺旋結構剖面特寫揭示了這種結構是如何形成的。當一條莖杆開始螺旋生長時,就留下了一串酸度較低的軌跡,另一條莖杆沿著這一軌跡生長,反之亦然。兩條莖杆最終都跟隨著彼此留下的軌跡一路生長,形成雙螺旋結構。(由《科學美國人》中文版《環球科學》提供)

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