纳米材料的下一波浪潮:精密工程纳米卷轴

纳米片为纳米卷的制备带来了前所未有的控制。

东京都立大学的研究人员提出了一种将原子薄片卷成“纳米卷轴”的新方法。他们独特的方法使用两面具有不同成分的过渡金属硫族化合物片，实现了紧密的卷轴，使中心直径小至5纳米，长度小至微米。对这些涡旋中纳米结构的控制有望在催化和光伏器件方面取得新的发展。

纳米技术的进步

纳米技术为我们提供了在纳米尺度上控制材料结构的新工具，有望为工程师提供一整套纳米工具，以创造下一代材料和设备。在这一运动的最前沿，由东京都立大学Yasumitsu Miyata副教授领导的团队一直在研究控制过渡金属硫族化合物（TMDC）结构的方法，TMDC是一类具有广泛有趣特性的化合物，如柔韧性、超导性和独特的光吸光度。

纳米涡旋生产的新方法

在他们最新的工作中，他们将目光投向了制造纳米卷轴的新方法，纳米片卷成紧密的卷轴状结构。这是制作多壁结构的一种有吸引力的方法：由于每张板材的结构相同，因此各个层的方向相互对齐。

然而，现有的两种制造纳米卷轴的方法存在重大问题。一方面，从纳米片表面去除硫原子会产生变形，导致片材卷起;但这样做会破坏片材的晶体结构。在另一种情况下，在纳米片和基板之间引入溶剂，使薄片从基底上松开并形成无缺陷的纳米卷轴。然而，像这样的管状结构往往具有较大的直径。

Janus Nanosheets的突破

该团队没有采用这样的方法，而是想出了一种使床单卷起的新方法。从单层硒化钼纳米片开始，他们用等离子体处理纳米片，并用硫取代一侧的硒原子;这种结构被称为Janus纳米片，以古代的双面神的名字命名。然后轻轻添加溶剂使片材从底座上松开，然后由于两侧之间的不对称性，片材会自发地卷成卷轴。

这些新的纳米涡旋长度为数微米，比以前制造的单壁TMDC纳米片长得多。此外，它们被发现比以往任何时候都更紧密地滚动，中心直径低至五纳米，符合理论预期。这些卷轴还被发现与偏振光强烈相互作用，并具有产氢特性。

对未来技术的影响

这种制造TMDC纳米涡旋的新方法为研究其在催化和光伏器件中的应用铺平了道路。精确控制这些涡旋的纳米结构的能力预示着先进材料和技术的发展有了新的可能性。