康奈尔大学高能同步源的X射线描述如何从晶体中长出晶体

晓说

                                 


纳米晶体很小以至于不能被肉眼很难看到，它的大小是人们头发直径的1/1000，它展现了许多史无前例的优异性能，因此吸引了许多科学家与工程师的关注。为了将这些材料应用到新兴的纳米技术中，科学家需要更好地理解纳米晶体的结构、相应的功能和结合方式。


康奈尔大学高能同步源（CHESS）与材料科学家的协作，使得人们对单个特殊的纳米晶体的形貌和它们结合形成更大结构的超晶体的过程有了更深的了解。这些知识会使得工程新新的工程材料能够有效地应用于到从太阳能电池到，电子元件等等各个方面，这项工作发表在《美国化学学会》杂志上。


此次合作在康奈尔大学高能同步源（CHESS）科学家王忠武的带领下，在B1光束线上使用了创新的[color=rgb(68,68,68) !important]X射线晶体学方法。它收集了同步采集的硫化铅纳米晶体和超晶体在排列顺序和方向上的数据，这是通过只能同时使用可以一次完成的广角和小角的X射线散射得到。


广角X射线散射被用于表示相对较小规模的特征的表征，显示个别纳米晶体内如何在原子平面的取向的信息。小角散射更进一步更领先一步，它可以通过获得的数据，显示直径约100个原子的纳米晶体如何组合排列形成超晶体的信息。


托比亚斯.汉瑞斯(Tobias Hanrath)是研究硫化铅和其他纳米晶光伏材料的化学和生物分子工程的副教授，王忠武和他的合作者曾在他一起工作，来准备样品进行实验。


康奈尔大学高能同步源（CHESS）的新的联合方法提供了对为纳米晶体在超晶体内复杂的排列方式的分析方法开拓了视野。这一发现有助于开发新型方法来形成晶体以及优化它们的性能。


“你可以想像，把一个单独的纳米颗粒作为一个设计师原子，”Hanrath说， “我们要弄清楚如何利用粒子并把它们以不同的配置结构放在一起，其中的颗粒可以通过有目的的和可编程的方式相互作用，为了看看观察到实际的结构，我们需要使用像在康奈尔大学高能同步源（CHESS）里用的工具，这远比当你只是把他们当作小球时更加复杂。”


王忠武说，广角x射线散射/小角x射线散射透视技术将帮助他们和其他科学家了解纳米晶体变化过程，以及它们在不同的溶剂，不同的环境下是如何相互作用的，王忠武和他的其他的合作者打算看到看日益复杂的纳米晶体组成的结构。


王忠武说：“我们将把原位光谱技术与我们的透视技术相结合，来建立一系列具有不同的尺寸，形状和组成结构的纳米晶体的结构———性能关系网。”