菲华娱乐·仅有三个原子宽!全世界最细的电线竟然含有钻石?
发布时间:2020-01-09 08:18:52点击:738

菲华娱乐·仅有三个原子宽!全世界最细的电线竟然含有钻石?

菲华娱乐,人类在新材料的探索和应用上又有新成果。

把钻石、铜和硫结合起来,就能研制出人力可及的最细电线。

近日,来自斯坦福大学和美国能源部slac国家加速器实验室的一支科学家团队制作出一种极细的纳米级电线——直径仅3个原子宽。

这种纳米级的电线有助于缩小电子电路的体积,使更小的设备拥有更强的计算能力,并可为研究人员探索奇异的材料物理学创造条件。

科学家把分子大小的钻石微粒与硫原子结合,再把它们放入带有铜原子的溶液中。结果,他们制造出一种极细的电线。

这种超级电线由三种包裹在钻石里的原子制成。此外,它还可以像搭建乐高积木那样自由组装。

之前,科学家已经实现了有机(也就是碳基)分子的自组装。其中很多都是dna分子,也有不少研究采用了其他有机化学物。

这种超级电线的新颖之处在于,它使用了无机化学物。这正是制造电线或电子产品所需的材料。

领导该研究的斯坦福大学材料学和工程学副教授尼古拉斯·梅拉什(nicholas melosh)表示,目前的一大挑战在于如何创造适当的环境,以使结合分子的引力与排开分子的斥力相平衡。

而且,还需要让分子组合成正确的形状。这正是上述研究所要进行的概念验证工作。梅拉什的团队还没有开始研制高效的电线,但铜和硫是非常好的半导体。

这项研究的意义在于,它证明我们可以制造出一种电线并最大程度地减少其缺陷(铜和硫分子之间的分离)。它还显示了对生长过程的控制能力。

最终,研究人员创造出一种没有缺陷的纳米电线,只有几毫米长。这听起来可能没什么大不了,但就材料学而言,却意义重大。

1毫米要比一个分子大7、8个数量级。“我们觉得,也许可以做一整张这种材料。”梅拉什说。

操作原子级材料,一直以来都是个挑战。例如,石墨烯只是普通石墨的一种形式,但它具有奇特而有用的特性,因为它是一种蜂窝状平面薄膜,这种薄膜由单一碳原子构成,并且厚度只相当于一个原子。

正因如此,它的导热性远远超过块状石墨。电子可以轻松穿过石墨烯,故而它成为了制造新型电子产品的上佳材料。

但到目前为止,单是制造几平方英寸的片状石墨烯就已然非常困难,而且造价高昂,因此这种材料的潜力还没有得到充分发挥。

在制造纳米电线的过程中,这支研究团队使用了一种非常普通的化学物:阿肯色州的石油。石油刚从地下开采出时,还会含有许多不同地质的杂质。

就阿肯色州的石油而言,它含有分子大小的钻石微粒。在钻石中,碳原子呈四面体形状排列,而在实验室条件下,这种排列方式被改变,其中一个碳原子与一个硫原子相连。

由于形状的原因,每一种结构只能与和自身结构一致的那部分相连,并且只能朝着一个特定的方向。这种情况在自然界并不少见:dna分子和受体只通过特定的方式与某些分子连接。

此外,四面体彼此之间的连接非常稳固,因而十分适合作为电线的外壳,它就像黏合剂一样,把“积木”粘合起来。

连接了硫原子的钻石微粒被放入铜原子溶液后,铜原子会与硫原子结合。然后,与钻石微粒和铜原子连接的硫原子会与另一个相同的结构相连。

由于钻石微粒-硫-铜结构只按照同一个方向连接,因此形成了这种电线,也就是包裹在钻石里的一串铜原子和硫原子。

今后,这支团队将尝试制造更多的此类电线,将之做成平板形式。他们还将研究,如果用金、铁、锌或镉等其他材料来替换铜和硫,效果会如何。

这种纳米线能做什么,取决于它本身的材质。梅拉什说,铜和硫并没有什么特别之处。但如果用硅来制作这种电线,也许它可以像太阳能电池那样发电。

翻译:于波

来源:quartz

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