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由硅和炭构成的微小纤维
他们把硅和炭纤维编织成花朵形
ScienCentral网8月30日专题报道：
当人们下次买花时，也许会想到科学家们正在制造比人的发丝还微小的花束。正如ScienCentral网所述，这些“纳米花”能用来制作功能最强的防水衣料。
极小极小的花朵
当人们种植花园时，必须等上几个礼拜或几个月才能看到努力的成果。但在哥伦比亚大学纳米技术中心的实验室里，这些纳米花——比人的头发丝微小一千倍的硅化物集合体——几乎立即就能“生长”出来。它们的“园丁”就是纳米技术专家Mark Welland和Ghim Wei Ho，他们使用微型金属粒子作为“种子”。
“培植此类结构有个基本原则，必须使用一个微小的粒子做“种子”，然后把这个粒子放置在混合‘营养物’中，就像一粒种子在真正的花园中那样。” Welland解释说，“当然在这种情况下营养物是由不同气体组合而成的。”
但他们并不是为了好看而培育这些纳米花，这些纳米花有良好的防水性，用来制造防水汽车挡风玻璃，可以不再有使用雨刷的必要。
研究人员从加热一小滴金属镓开始——这一小滴镓仅几千个原子大小——在一个电脑控制的炉子里完成。接着他们在小滴周围充满甲烷气，这些气体被吸引到熔化了的小滴表面并生成微小的坚硬小棒，或纤维，这样硅（由沙子制成）和炭便可在这些小棒和纤维上生长。通过控制气体的温度和气流的大小，Ho和Welland能把纤维编成花一样的形状。像种植花园一样，Welland也把这一过程比作烘焙蛋糕。
“你可以想象一个普通的烤炉，把一片糕饼放在里面并加热到华氏300度，也许会得到香蕉形；假如它加热到华氏400度，也许会得到卷形；而把它加热到华氏500度时，你也许就能得到花形，”他说，“这使得我们能精确地控制想得到的形状。我们可以简单地坐在控制熔炉的电脑前，说，‘我们今天想要个花形’，按下按钮，然后就可以得到一个涂花的表面。”
然而，刚开始实验时，研究人员并没有指望出现这些优美的结构。据Welland说，是他的学生Ho最先产生这一想法，像现在这样先加热再用某种混合气体处理。他说，组成坚硬的纳米线已经是个众所周知的工序，“但当我们看到组成的这些奇妙的花类结构时，我们当时真是非常激动。”
Ho在剑桥工程学院赞助的摄影比赛上展示了图片——使用电子扫描显微镜得到并添加了色彩。不出所料，奇妙美丽的纳米花赢得了一等奖。但正如《探索》杂志报道的那样，纳米花提供了比“美丽”更多的东西。它们也对雾气有如此优良的抗性以至于水滴落到它表面会像充气球一样弹开。纳米花能用来制作防水物件，如汽车的挡风玻璃，甚至是建筑，这让淋受风雨成了过去。（因为制造这些纳米花需要极高的温度，它们只能附着于像玻璃、水泥和钢铁一类的表面上。）
“因为这些材料本身是由那些微型纤维制作而成的，被编织成花形，像一个个微型喷泉，”Wellan解释说，“这是纳米技术独特属性的一个实例，用超微型粒子覆盖表面能使被粒子所附着的物体完全改变属性。”
即使不编织成花团锦簇的样子，这些纳米纤维本身除了防水外还展现出其它令人惊讶的属性来。Welland说，它们也正是建造超能太阳能面板的理想材料。当它们像“一片青草”一样铺在一块平板上并覆以一种塑料后，这些纳米纤维组成了一片能透入，却不散出太阳能的“微型森林”。
“当我们开始走入森林时觉得很黑暗，因为光线被捕捉了，”他说，“这些纤维的几何形状能让电子跳跃其上并被立即带走，这样，这些电子就能被使用了。”
假如大规模生产，这样的超能太阳能面板有改变世界的潜力，特别是在发展中国家，太阳能非常充沛，但可用的电力却十分短缺并且非常昂贵。Wellan举例说，在穿过炎热的非洲沙漠运送需要保温的药物到所需要的社区时，“假如你有便宜和高效的太阳能面板供能的冰箱，你可以把这些药物保持低温安全。”
虽然这项技术前途广阔，Welland仍然对纳米花的近期持谨慎态度。“离发表一篇里程碑式论文宣告：‘我们已经解决了世界的能源问题’，我们还有很长的路要走”当然，他同意“纳米科学一日千里”的观点。他预测纳米花技术能在十年内盛行——无须特殊的园艺能力。
这一研究是由剑桥公共基金、工程和物理学科学研究委员会资助的。
英文原文链接见：http://www.sciencentral.com/articles/view.php3?type=article&article_id=218392630
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