我們知道，鳥類的骨骼和樹木的樹干結構都經過了長期的自然進化，才達到強度和密度的完美平衡。美國科學家最近發現，自組裝納米結構能夠超越這些自然界的“鬼斧神工”，在更加多孔的同時，又不會過于降低強度。相關論文發表在6月的《自然—材料學》上。
進項該項研究的是美國Sandia國家實驗室、新墨西哥大學、凱斯西儲大學以及普林斯頓大學的科學家。項目負責人Jeff Brinker表示，“微電子學和膜技術領域往往需要既多孔又堅固的材料，而新的研究成果使這一切成為可能。”
所謂自組裝，一般是指原子、分子或納米材料通過非共價鍵作用，在襯底上自發地排列成一維、二維甚至三維的穩定有序的空間結構。研究人員通過核磁共振、拉曼分光研究發現，人工方法使硅薄膜結構更加多孔的同時也會使孔壁厚度變得更薄（不到2納米），重新排列后的硅結構也會變得更加緊密和堅固。
此前有研究證實，自然界最優化的骨骼的強度會按照密度平方的比例發生變化，而最新的研究表明，自組裝納米材料孔性的增加對勁度模量（stiffness modulus）的影響更小。尤其當納米材料的孔是立方體結構時，勁度模量會隨著自身密度的平方根變化。
Brinker表示，“我們的研究證實，納米材料孔的結構和大小都會對它的勁度模量產生影響。其中，立方體結構比六邊形結構堅固，而六邊形結構又比圓柱狀結構堅固。對同一種結構而言，孔性增加會導致勁度模量減小，但是減小程度要優于自然進化材料。”
新的發現有望改善硅材料在膜技術、分子傳感器、微電子學器件等方面的表現。
圖片說明：下面是硅材料多孔納米結構的顯微圖，上面是該結構的放大示意圖。
（圖片來源：Sandia National Laboratory）
更多信息（英文）
《自然—材料學》論文摘要
Jeff Brinker研究小組主頁
5月6日，基于雙方長達十年的合作伙伴關系，施普林格·自然與英國聯合信息系統委員會（Jisc）續簽了開放獲取（OA）協議，以進一步增加人們對英國主導的科研成果的使用。雙方曾于2016年達成英國最早的OA......
記者從中國科學院廣州地球化學研究所獲悉，近日，該研究所科研團隊利用原位液相透射電子顯微鏡技術，首次從納米尺度呈現了自然界中黃金納米顆粒在黃鐵礦表面形成的動態過程，并提出了一種黃鐵礦誘導金沉淀的新機制。......
一、大會名稱第十六屆中國國際納米技術產業博覽會（納博會?）The16thCHInanoConference&Expo----CHInano2026 二、展會時間展商報到：2026年1......
圖納米多特異性抗體設計策略。（a）基于融合蛋白復合型“納米適配子”構筑納米多特異性抗體；（b）納米多特異性抗體的抗腫瘤機制在國家自然科學基金項目（批準號：52130301、32430059、32071......
當前，開發可再生的生物基材料是替代傳統塑料、推動可持續發展的關鍵路徑之一。作為頗具潛力的生物基平臺化合物之一，2,5-呋喃二甲酸基聚酯卻受困于強度-韌性-阻隔性的“性能三角”權衡難題。中國科學院寧波材......
手性超分子自組裝結構因展現出超越非手性結構的獨特性質，廣泛應用于光電子學、醫學、仿生學及界面科學等領域。但目前，學界對超分子手性產生與跨尺度傳遞機制的理解尚不充分。因此，大規模可控構筑多層級手性超分子......
近日，中國農業科學院飼料研究所活性肽與飼料創新團隊研發出一種通過形成納米網捕獲殺菌的高穩自組裝抗菌肽，相關研究成果發表在《化學工程雜志》（ChemicalEngineeringJournal）上。&n......
巴西奧斯瓦爾多克魯茲基金會研究人員發現了納米粒子有效抑制癌細胞發展的相關機理，即納米粒子能有效抑制癌細胞增殖，也能阻止腫瘤向其他器官轉移。相關論文發表在最新一期《癌癥納米技術》上。研究人員將患有乳腺癌......
6月28日，2025中關村論壇系列活動——第七屆納米能源與納米系統國際會議（NENS2025），在北京開幕。大會由中國科學院北京納米能源與系統研究所主辦，聚焦“納米能源與納米系統前沿與應用”這一主題，......
由美國俄勒岡州立大學、俄勒岡健康與科學大學和芬蘭赫爾辛基大學組成的國際團隊，近日研發出一種創新性的納米粒子載體，能夠像精準導航的無人機，將基因藥物直接投送至肺部病灶。這項同時發表于《自然·通訊》雜志和......