受油在水面扩散现象启发 科学家为未来的传感器和能源设备创造导电纳米片

根据一项新研究，油在水面上的自发大面积扩散激发了为未来的传感器/能源设备制作导电纳米结构的便捷的节能途径。油和水不能混合，但在油和水相遇的地方会发生什么？或者空气与液体相遇的地方？在这些界面上会发生独特的反应，一个位于日本的研究小组利用这些反应首次成功构建了下一代传感器和能源生产技术所需的均匀的导电纳米片。

来自大阪府立大学、日本同步辐射研究所和东京大学的科学家们于今天（10月28日）在《ACS应用材料与界面》上发表了他们的研究成果。

“我们早就知道油在水的表面形成了一个大而均匀的薄膜--理解和利用这一熟悉的现象可以带来节能的过程，”通讯作者，大阪府立大学材料科学系副教授Rie Makiura说。“通过利用类似界面的原材料组合，我们成功地创造了具有先进的三维纳米结构的导电功能材料。”

这些材料是金属-有机框架材料(MOFs)，它们是微孔的，由金属离子和有机连接物组成，具有高度的组织性。据Makiura说，MOFs从纳米技术到生命科学都有无数的潜在应用，但是一个未实现的特性使它们无法实现使用--大多数制造的MOFs不能很好地导电。

Makiura说：“为了在传感器和能源设备等应用中利用导电MOFs的卓越特性，制造和整合具有确定孔径、良好控制的生长方向和薄膜厚度的超薄薄膜是必要的，并且一直在积极寻求。”

以前的大多数MOF薄膜开发涉及从较大的晶体中剥离薄膜层并将其置于基底上。然而，根据Makiura的说法，这个过程很复杂，而且往往导致厚而不均匀的薄膜，导电性不高。为了开发超薄和均匀的导电纳米片，她和她的团队决定改变这种方法。

他们开始在金属离子的水溶液上涂抹含有有机连接剂的溶液。一旦接触，这些物质开始以六边形排列组装它们的组件。在一个小时内，这种排列继续进行，因为在液体和空气相遇的地方形成了纳米片。在完成纳米片的形成后，研究人员使用两个屏障将纳米片压缩成更密集和连续的状态。

Makiura说，这是一种简化的方法，可以生产出具有高度组织化晶体结构的令人难以置信的薄纳米片。研究人员通过显微镜和X射线晶体学分析证实了这种均匀的结构。可视化的紧密有序的晶体也表明了该材料的电性能，因为晶体在每个片中都是均匀接触的，这也有利于片之间的紧密接触。研究人员通过将纳米片转移到硅衬底上，加入金电极并测量导电性来测试这一点。

研究第一作者Takashi Ohata说：“尽管评估超薄薄膜并不容易，但当我们能够证明它具有三维纳米结构和高导电性时，我们感到很高兴。”

研究人员现在正在研究各种参数如何影响纳米片的形态，目的是开发一种可控制和可调整的方法，以创建具有目标电子特性的高质量纳米片。

Makiura说：“我们在空气/液体界面自下而上地将合适的分子构件组装成一个扩展架构，实现了完美定向、导电的晶体纳米片的创建。这项新发现进一步增强了空气/液体界面合成的潜力，可以创造出各种各样的纳米片，真正用于许多潜在的应用，包括用于能源创造装置和催化剂。”