难以捉摸的3D打印纳米颗粒可能会产生新的变形材料

在纳米材料中，形状就是命运。也就是说，粒子在材质中的几何图形定义了生成材质的物理特性

斯坦福大学机械工程助理教授Wendy Gu在介绍她发表在《自然通讯》杂志上的最新论文时说：“由纳米滚珠轴承制成的晶体与由纳米骰子制成的晶体的排列方式不同，这些排列方式将产生非常不同的物理性质。”

“我们使用3D纳米打印技术生产出了已知最有前景的形状之一，阿基米德截锥四面体。它们是微米级的四面体，尖端被切掉。”

在这篇论文中，顾和她的合著者描述了他们如何纳米打印数万个具有挑战性的纳米颗粒，将它们搅拌到溶液中，然后观察它们如何自组装成各种有前景的晶体结构。更关键的是，只要将粒子重新排列成新的几何图案，这些材料就可以在几分钟内在状态之间转换

这种改变“相”的能力，正如材料工程师所说的变形质量，类似于将铁转化为回火钢的原子重排，或者类似于允许计算机以数字形式存储数兆字节有价值数据的材料。

“如果我们能学会控制由阿基米德截锥四面体制成的材料中的这些相移，它可能会朝着许多有前途的工程方向发展，”她说

难以捉摸的猎物

阿基米德截锥四面体（ATT）长期以来一直被认为是生产易于相变的材料最理想的几何形状之一，但直到最近，制造起来还很有挑战性；在计算机模拟中预测，但很难在现实世界中重现

顾很快指出，她的团队并不是第一个大量生产纳米级阿基米德截锥四面体的团队，但他们是第一批（如果不是第一批的话）使用3D纳米打印来实现这一目标的团队之一。“模拟预测这种特殊的形状会形成非常有趣的结构。当你可以以各种方式将它们组合在一起时，它们会产生有价值的物理特性。”

ATT至少会形成两种非常理想的几何结构。第一种是六边形图案，四面体平放在基底上，其截断的尖端向上指向，就像纳米级的山脉。顾说，第二个可能更有希望

它是一种晶体准金刚石结构，四面体以向上和向下的方向交替排列，就像鸡蛋放在鸡蛋纸箱里一样。这种钻石排列被认为是光子学界的“圣杯”，可能会引领许多新的有趣的科学方向

然而，最重要的是，如果设计得当，未来由3D打印颗粒制成的材料可以快速重新排列，通过施加磁场、电流、热量或其他工程方法，可以轻松地在相位之间来回切换

顾说，她可以想象太阳能电池板的涂层全天变化以最大限度地提高能源效率，机翼和窗户的新时代疏水膜意味着它们永远不会起雾或结冰，或者新型计算机存储器。这个列表一直在列。

“现在，我们正在努力使这些粒子具有磁性，以控制它们的行为，”顾在谈到她已经在以新的方式使用阿基米德截断四面体纳米颗粒进行的最新研究时说。“可能性才刚刚开始探索。”