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纳米材料的性能高度依赖其尺寸与形貌,但科学家此前一直难以直接观察其在液相环境中的生长过程。近日, 中山大学联合北京理工大学、英国曼彻斯特大学的研究团队, 借助液相扫描透射电子显微镜, 首次实时记录了半导体碲纳米结构在液体中的成核与生长全过程。相关成果于 6 月 18 日发表在学术期刊《Matter》上。
📌 直接观察: 碲纳米线在液体中的“出生”与成长
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此次研究利用液相扫描透射电子显微镜,对碲纳米结构的电沉积过程进行了原位实时成像 。观测结果显示: 碲最初以球形晶种颗粒的形式从溶液中析出, 随后这些晶种作为模板生长出多根纳米线。在生长过程中, 邻近的纳米线会互相竞争溶液中的可用碲原料, 从而影响各自的局部生长速度和分支模式。
🔍 铋籽晶的调控作用: 从成核到形貌
研究团队进一步发现,向体系中添加铋纳米颗粒作为籽晶会显著改变碲的生长机制。在显微镜实验中, 铋的加入增加了成核位点的数量, 并促使碲形成更多分支的蕨类状结构。后续的电沉积实验进一步证实, 铋能够降低碲沉积所需的还原电位, 并在相同条件下显著提高碲的沉积量。这一结果表明, 实时显微镜下观测到的行为可以转化到常规电沉积合成中。
💡 研究意义与未来展望
该研究的通讯作者、曼彻斯特大学与国家石墨烯研究所的 Sarah Haigh 教授表示, 这项研究首次让人们实时看到了碲纳米线在液体中的出现与演化过程, 通过直接观察纳米尺度的成核、生长和分支, 可以开始理解如何更精确地控制这些过程。共同通讯作者邹一超博士指出, 铋籽晶不仅促进了碲的成核, 还能在固定电位下使沉积更容易且产率更高, 这为设计具有定制形貌的碲纳米结构开辟了新的可能。
📊 行业观察: 从“看到”到“控制”纳米生长
这项研究的突破性在于将观察手段与调控策略相结合。以往对纳米材料生长的理解多基于间接证据或理论模拟, 而液相原位成像技术使得科学家能够实时“看到”原子尺度的动态过程。结合铋籽晶这样的添加剂, 研究人员得以从单纯的观测者转变为主动的设计者。未来, 这一方法有望推广到其他半导体纳米材料的合成中, 推动高性能纳米器件的开发。
