清洁海绵

  纳米基元的晶面、尺寸和比表面积的不同，导致纳米薄膜不同对称性的低维限域特征，并在光学与半导体特性方面存在比较大差异。例如，封装在纳米管中的单链范德华Te纳米线具有明显地增强的载流能力（1.5 × 108 A cm-2），单晶Te 纳米线同时表现出手性依赖的电荷-自旋转换现象和可控的负光导现象。相比之下，二维碲（Tellurene）则表现出手性依赖的特性，如反自旋纹理、电流诱导的自旋极化和环形光子拖曳效应等。因此，优化薄膜制造技术以精确控制纳米材料从零维到二维或三维的变化，并实现跨维性能的转变是一项具有挑战性的难题。

  近日，南方科技大学化学系/材料科学与工程系讲席教授俞书宏院士、材料科学与工程系助理教授何振联合中国科大刘建伟教授、江慧军副研究员等合作报道了一种原位界面组装诱导合成的新策略，实现有序纳米线薄膜从一维到准二维结构的转变，揭示了其动态转变机制、界面合成动力学，为各向异性纳米基元构筑有序结构薄膜提供了新路径，相关论文以“Interfacial-Assembly-Induced In Situ Transformation from Aligned 1D Nanowires to Quasi-2D Nanofilms”为题发表在Journal of the American Chemical Society上。

  在纳米线的有序化过程中，作者引入来描述纳米线代表纳米线呈面对面排列。研究之后发现，当纳米线处于面对面排列时，且纳米线）晶面取向时，体系的平均自由能最低。然而，具有晶面取向特征的纳米线 nm宽的间隙，不利于纳米薄膜的结构和性能。基于此，作者发展高温条件下的界面合成新方法，成功制备了准二维结构的纳米薄膜，实现纳米间隙的消失（图2）。研究表明，在初始阶段所有纳米线以相同的分离距离平行排列；跟着时间的延长，热噪声会导致分子布朗运动的加速，使得纳米线间产生较大的相互吸引作用，引起纳米线之间的振荡和碰撞。最后，纳米线片段的碰撞点会聚在一起并逐渐融合聚集形成纳米薄膜。

  为了进一步研究跨尺度转变机制，作者采用分子动力学模拟纳米线搭接过程。在初始状态下，纳米线表面活性剂导致的体积-排斥相互作用与纳米线晶面之间的吸引相互作用平衡。当保持在高温条件下时，纳米线间隙中的表面活性剂逐渐脱附溶于乙二醇中，导致纳米线之间的平衡距离变短，最终形成搭接的准2D纳米薄膜。

  当纳米线碰撞取向搭接时，纳米线表面较少表面活性剂导致纳米膜的不稳定状态。因此，纳米薄膜顶部Te原子的势能差会产生不稳定的扰动，这有几率会使表面原子在能量最小原则下重新排列。蒙特卡罗（MC）模拟根据结果得出：随着反应时间的增加，Te原子从凸边界的位置移动到凹边界的位置，使得六边形纳米线慢慢的变平坦。由于纳米线内部被占据位置的能量低于边界上位置的能力，Te原子倾向于具有较小的表面体积比的构型，以获得较低的总能量。

  总结：作者通过界面组装诱导合成的新方法，可控地制备出厘米级准二维碲纳米薄膜。研究之后发现，气液界面上的纳米线因弱相互作用力趋向于保持最低的自由能，晶面（110）取向、晶面（100）搭接形成准2D纳米膜，揭示了1D到2D转变的生长途径。这项研究成功获得了拥有非常良好结晶和大面积的准2D纳米膜，显示出比1D纳米线薄膜更好的电子传输特性。这些发现将为各向异性纳米基元的界面合成动力学提供关键见解，为探索不同界面的取向搭接过程开辟一条新的途径，有望应用于大尺度高性能纳米薄膜的制备。南方科技大学为论文第一单位，本研究得到了南科大光明高等研究院、深圳市科学基金、国家自然科学基金、新基石科学基金会、南科大科研启动经费等支持。

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