用微小顆粒制造材料的新途徑

TU Delft 的研究員 Laura Rossi 和她的團隊發現了一種用微小玻璃顆粒(即所謂的膠體)制造合成材料的新方法。他們與來自女王大學和阿姆斯特丹大學的同事一起表明，他們可以簡單地利用這些膠體的形狀為新材料制造有趣的構件，而不管膠體顆粒的其他特性如何。“這很引人注目，因為它開辟了一種全新的材料設計思考方式，”羅西說。他們的工作發表在本周五 的《科學進展》上。

膠體是微小的顆粒，尺寸從幾納米到幾微米。它們由一組分子組成，并且可以根據它們的材料而具有不同的特性。“在某些情況下，膠體可以表現得像原子和分子，但它們的相互作用不那么強烈，”羅西解釋道。“這使它們有望成為新材料的基石，例如可以使它們的特性適應環境的交互式材料。”

材料設計新方法

如果不理會，這項研究中由玻璃制成的立方體形膠體將自行組裝成簡單的結構，如扭曲的立方和六邊形晶格。但研究人員并沒有立即從積木到最終結構，而是將一小部分膠體組合成更大的積木。當他們組裝這些膠體簇時，他們最終得到了一種不同的最終結構，其材料特性與自組裝結構不同。“從化學的角度來看，我們總是專注于如何生產某種類型的膠體，”羅西說。“在這項研究中，我們將重點轉移到：我們如何使用已經可用的膠體來制造有趣的積木?”

向前邁出一步

根據 Rossi 和她的合作者 Greg van Anders 的說法，他們研究界的最終目標之一是按需設計復雜的膠體結構。“我們在這里發現的東西非常重要，因為對于可能的應用，我們需要有可以擴大規模的程序，這是目前大多數可用方法難以實現的。從不同的預組裝相同部件的基本能力積木，并讓它們制作相同的結構，或者使用相同的積木并預先組裝不同的部件來制作不同的結構，這實際上是設計復雜結構的基本“棋步”，”范安德斯補充道。

盡管羅西研究的是基礎方面而不是材料設計的應用，但她可以設想這項特定工作的最終應用：“我們發現，我們制備的結構的密度遠低于使用“ _ _

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羅西的團隊在實驗室中構建了膠體簇后，他們依靠皇后大學的 Greg van Anders 團隊通過計算機模擬從預先組裝的簇中構建了最終結構。“通過這些項目，能夠與其他可以運行模擬的人合作非常棒，不僅可以深入了解正在發生的事情，還可以測試實驗室實驗成功的機會有多大，”羅西解釋說. “在這種情況下，我們得到了非常令人信服的結果，即我們很好地理解了設計過程，并且最終的材料很有用。”

下一步將是在實驗室中實際構建由膠體組制成的最終結構。“在看到這些結果后，我相信它可以做到，”羅西說。“擁有這種材料的物理版本并將其握在手中會很棒。”