在纳米科技的世界里，形状决定命运。斯坦福大学的材料工程师们利用3D打印技术创造了数万个难以制造的纳米粒子，这些粒子有望引领新材料的开发，这些新材料能够瞬间改变形态。在这项发表在《自然通讯》杂志上的研究中，Wendy Gu 副教授及其团队展示了他们如何通过3D纳米打印技术制造出一种被称为阿基米德截顶四面体的纳米粒子，并观察它们自组装成各种有前景的晶体结构。
这些纳米粒子不仅能够自组装，而且在适当设计的情况下，它们还能够通过重新排列粒子进入新的几何图案，实现材料的相变。这种相变能力类似于原子重排将铁变成淬火钢的过程，或者是允许计算机以数字形式存储大量宝贵数据的材料。如果能够学会控制这些由阿基米德截顶四面体构成的材料的相变，将为许多有前景的工程方向铺平道路。
阿基米德截顶四面体长期以来被认为是制造能够轻松改变相的材料的理想几何形状之一，但直到最近仍然难以制造。Gu 团队不仅成功地大量生产了这种纳米粒子，而且还是首批使用3D纳米打印技术实现这一目标的团队之一。通过3D纳米打印，研究人员可以精确控制粒子的形状，制造出由模拟预测可以形成非常有趣结构的特定形状的粒子。
这些粒子至少可以形成两种高度理想的几何结构。第一种是六角形图案，其中四面体平放在基底上，截顶指向上，像纳米尺度的山脉一样。第二种可能是更有前景的，它是晶状准钻石结构，其中四面体交替以向上和向下的方向排列，就像鸡蛋放在鸡蛋盒中一样。准钻石结构被认为是光子学界的“圣杯”，可能会引领许多新的科学方向。
最重要的是，当这些3D打印的粒子被正确设计时，未来由这些粒子制成的材料可以被快速重新排列，通过施加磁场、电流、热量或其他工程方法轻松地在相之间切换。想象一下，太阳能板的涂层可以在一天中改变，以最大化能源效率，新型的疏水膜可以用于飞机机翼和窗户，使它们永远不会结冰或结霜，或者是新型的计算机存储器。可能性才刚刚开始被探索。
参考资料：DOI： 10.1038/s41467-024-46230-x
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