科學(xué)時報2005年6月9日訊 美國能源部Brookhaven國家實(shí)驗室、中密歇根大學(xué)和密歇根州立大學(xué)的科學(xué)家們，日前用自行開發(fā)的材料結(jié)構(gòu)分析方法，發(fā)現(xiàn)了一種納米物質(zhì)的三維分子結(jié)構(gòu)�？茖W(xué)家認(rèn)為，這種材料在改進(jìn)太陽能電池、生物傳感器及電視和電腦顯示屏等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。該成果近日在《美國化學(xué)會志》網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表。
這種材料是一種高分子納米復(fù)合材料，由納米尺度的有機(jī)聚合物和其它無機(jī)部分組合而成。這些分子“積木”聚集到一起后，就成為該納米復(fù)合材料的基本單元。“高分子納米復(fù)合材料長期以來備受關(guān)注，因為它對許多技術(shù)領(lǐng)域都有潛在的推進(jìn)作用”，Brookhaven國家實(shí)驗室的物理學(xué)家、該研究計劃成員Tom Vogt說，“這種聚合材料同樣有獨(dú)特的機(jī)械性能，彎曲性、延展性都很好，同時導(dǎo)電性也非常好�！�
這次研究中使用的聚合物是一種名為聚苯胺的物質(zhì)。把它和金屬氧化物等多種無機(jī)化合物組合起來，就能獲得一系列的高分子納米復(fù)合材料。本次研究選用的無機(jī)化合物則是用水分子隔離開的氧化釩�？茖W(xué)家以前一直不大了解這種納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，這主要是因為其“積木”排列并不規(guī)則，導(dǎo)致無法像有序的晶狀樣本結(jié)構(gòu)那樣，用X光等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析手段加以研究。傳統(tǒng)的X光衍射過程中，X光線從樣本原子上“反彈”或衍射開來，最終形成清晰的光束；對其稍作分析，就能獲得樣本原子位置、類型等詳細(xì)信息。但投射到納米復(fù)合材料 上的X光，光束四下散射而被“抹去”，根本不能提供相應(yīng)的結(jié)構(gòu)信息。
為解決這一問題，研究小組采用一種非常規(guī)的數(shù)學(xué)算法，破解收集到的X光散射數(shù)據(jù)。該方法首先分別單獨(dú)分析聚苯胺和氧化釩的散射數(shù)據(jù)，然后分析它們結(jié)合成高分子納米復(fù)合材料后形成的散射數(shù)據(jù)。利用這些信息，研究者制成一個三維模型，用來說明聚苯胺和氧化釩如何在原子尺度混合形成高分子納米復(fù)合體。該模型顯示，聚苯胺原子鏈夾在上下兩層氧化釩之間，形成“三明治”一樣的結(jié)構(gòu)。
“我們的研究結(jié)果證明，將普遍應(yīng)用的X光分析技術(shù)與非常規(guī)實(shí)驗性方法結(jié)合，就能獲得納米復(fù)合材料詳細(xì)的結(jié)構(gòu)信息。這將促進(jìn)我們對物質(zhì)屬性的了解”，來自中密歇根大學(xué)的課題負(fù)責(zé)人Valeri Petkov說，“希望我們的工作能促使科學(xué)家在這一方面進(jìn)行更多研究�！睋�(jù)悉，參與該項目的密歇根州立大學(xué)的科學(xué)家Mercuriou Kanatzidis等，已開發(fā)出一種合成這些納米復(fù)合材料的方法。
這種材料是一種高分子納米復(fù)合材料，由納米尺度的有機(jī)聚合物和其它無機(jī)部分組合而成。這些分子“積木”聚集到一起后，就成為該納米復(fù)合材料的基本單元。“高分子納米復(fù)合材料長期以來備受關(guān)注，因為它對許多技術(shù)領(lǐng)域都有潛在的推進(jìn)作用”，Brookhaven國家實(shí)驗室的物理學(xué)家、該研究計劃成員Tom Vogt說，“這種聚合材料同樣有獨(dú)特的機(jī)械性能，彎曲性、延展性都很好，同時導(dǎo)電性也非常好�！�
這次研究中使用的聚合物是一種名為聚苯胺的物質(zhì)。把它和金屬氧化物等多種無機(jī)化合物組合起來，就能獲得一系列的高分子納米復(fù)合材料。本次研究選用的無機(jī)化合物則是用水分子隔離開的氧化釩�？茖W(xué)家以前一直不大了解這種納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，這主要是因為其“積木”排列并不規(guī)則，導(dǎo)致無法像有序的晶狀樣本結(jié)構(gòu)那樣，用X光等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析手段加以研究。傳統(tǒng)的X光衍射過程中，X光線從樣本原子上“反彈”或衍射開來，最終形成清晰的光束；對其稍作分析，就能獲得樣本原子位置、類型等詳細(xì)信息。但投射到納米復(fù)合材料 上的X光，光束四下散射而被“抹去”，根本不能提供相應(yīng)的結(jié)構(gòu)信息。
為解決這一問題，研究小組采用一種非常規(guī)的數(shù)學(xué)算法，破解收集到的X光散射數(shù)據(jù)。該方法首先分別單獨(dú)分析聚苯胺和氧化釩的散射數(shù)據(jù)，然后分析它們結(jié)合成高分子納米復(fù)合材料后形成的散射數(shù)據(jù)。利用這些信息，研究者制成一個三維模型，用來說明聚苯胺和氧化釩如何在原子尺度混合形成高分子納米復(fù)合體。該模型顯示，聚苯胺原子鏈夾在上下兩層氧化釩之間，形成“三明治”一樣的結(jié)構(gòu)。
“我們的研究結(jié)果證明，將普遍應(yīng)用的X光分析技術(shù)與非常規(guī)實(shí)驗性方法結(jié)合，就能獲得納米復(fù)合材料詳細(xì)的結(jié)構(gòu)信息。這將促進(jìn)我們對物質(zhì)屬性的了解”，來自中密歇根大學(xué)的課題負(fù)責(zé)人Valeri Petkov說，“希望我們的工作能促使科學(xué)家在這一方面進(jìn)行更多研究�！睋�(jù)悉，參與該項目的密歇根州立大學(xué)的科學(xué)家Mercuriou Kanatzidis等，已開發(fā)出一種合成這些納米復(fù)合材料的方法。
