在晶體的生長過程中，納米粒子是否能夠充當“人造原子”，成為構建復雜分子結構的積木？這一理論一直存在爭議。美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室的一項研究或能解決上述爭論，并為未來的能量轉換和儲存設備發展指明方向。相關研究報告發表在近日出版的《科學》雜志上。

      該實驗室材料科學部門的科研人員利用透射電子顯微鏡和先進的液體池處理技術，對由鉑、鐵納米粒子構成的納米棒的生長軌跡進行了實時觀測。成像分辨率可達半埃（光譜線波長單位），比單個氫原子的直徑還要短。觀測結果有力地支持了納米粒子在晶體生長中充當“人造原子”角色的理論。

      在觀測中，納米粒子會由定向附著開始，在溶液中形成彎曲的多晶鏈，并逐漸排列起來，首尾相連形成能延展至單個晶體納米棒的細長納米線，其長度厚度比可達40∶1。由此可見，在納米晶體的生成過程中，納米粒子鏈和納米粒子為構建納米棒提供了基本的建筑模塊，整個流程十分巧妙而高效。此前，類似的觀測通常只限于晶體生長的前幾分鐘，而新研究能夠有效延長這一時間達數小時，可謂在納米粒子生長軌跡觀測方面取得的重大進展。

      研究人員表示，之所以選擇鉑、鐵納米棒作為研究對象，是因為電催化材料有望應用于下一代的能量轉換和存儲設備。研究具有不同形狀、結構的膠狀納米晶體生長的關鍵在于長久保持觀察窗內的液態環境，以使反應能夠完全發生。他們在有機溶劑中溶解鉑、鐵的分子前體，利用毛細管壓促使生長溶液進入氮化硅液體池中，并利用環氧樹脂膠密封。科研人員強調，對于液體池的密封十分重要，可使池內的液體不至于變粘。一旦液體粘滯，就將阻礙納米粒子的相互作用，從而抑制晶體的生長。而在之前的研究中，這一情況時有發生。

      根據研究人員的觀測，單個納米粒子僅會存在于晶體生長的初始，隨后其將被短鏈的納米粒子所取代，并最終形成長鏈的納米粒子。這在單個分子和分層的納米結構之間搭設了橋梁，也為合理設計出具有可控特性的納米材料鋪平了道路。