少量悬浮在溶液中的简单胶粒可以转变为紧密包装、带美丽花边的网格或者超晶格，这个现象几十年来一直困扰着研究者们。这些拥有漂亮图片的细小超晶格也被称作量子点，正在被用来制备更多生动的显示器屏幕，以及一些光学传感器装置的阵列。量子点使任何表面进入智能屏幕或能量源的最终潜力，一定程度上取决于了解它们的形成。

通过将控制溶剂蒸发和同步接收器X射线散射这两种技术结合，可以对纳米晶体结构的实时自组装进行原位观测。这些观测的研究结果发表在自然材料（NatureMaterials）杂志的一篇论文上，论文作者是来自美国麻省理工学院（MIT）化学工程系的助理教授William A. Tisdale和研究生 Mark C. Weidman，还有来自康奈尔高能同步辐射源（CHESS）的Detlef-M. Smilgies。

研究人员预计，他们的新发现将对直接操纵所得超晶格产生影响，具有按需制作的可能性以及产生相关软材料如蛋白质和聚合物形成原理的潜力。
 
量子点的变换
Tisdale 和他的同事是众多努力研究表面涂敷有机分子的半导体纳米晶体材料的组织中的一员。这些电子材料在商场的货架上销售，它们有着各种各样的名字，包含着从照明显示器到电视的一切。由于制造的简单性和制造工艺的低成本，它们正在被考虑用于制造高效的太阳能元件和其他的能源转换装置。

某种程度上来说，将这些纳米晶体转换成其它能源的技术还是受到限制的——目前我们仍然缺乏它们如何自组装的知识，缺乏如何从胶粒（像悬浮在液体中的小泡沫聚苯乙烯球）自组装为超晶体（图片中那些干燥、包装和整齐排列的相同的球）的知识。

电子显微镜分析和动态光散射技术已经揭示了最初的胶体晶体的某些方面和最终的超晶体结构情况，但是它们没有阐明两个状态之间的关系。实际上，这些基础工作可以追溯到1990年代中期美国麻省理工学院（MIT）Moungi Bawendi团体的研究。

Tisdale说，“在过去的10到15年里，在制造漂亮的纳米晶体结构方面产生了大量的工艺。但是，在它们为什么自组装成不同的形状方面，仍有大量的争议。它究竟是配体熵还是纳米晶体的面？实时观看整个自组织展开过程得到的深度信息可以帮助回答这些问题。”
 
秘室
为了观测到上面纳米级的变换过程，Tisdale的研究生和合著者Mark Weidman利用Cornell-developed实验室和最近开发出来的配有双快速区域探测器的双探测器设备，来观测环境条件改变时超晶格的形成过程。

铅硫化物纳米晶体被选定为研究对象,这样Weidman能够在同时进行小角X射线散射(捕获超晶格的结构)和广角X射线散射(捕获原子尺度单一粒子的取向和排列)期间观察溶剂蒸发的情况。

Tisdale说，我们相信这是第一次进行这样的实验，使我们可以实时地在本地观看自组装是如何发生的。没有Detlef 和康奈尔高能同步辐射源（CHESS）团队成熟的实验能力，我们做的这些实验是不可能实现的。

含重金属（铅）的纳米晶体的使用、同步X射线源的亮度可以帮助我们实现足够快的数据收集，并有助于自组装过程的实时观察及引人注目的图片和过程的动态效果图的获得。
 
细网格
这项发现可能有助于构建各种不同的有机软材料自组装的精确模型。此外，实时观察进化过程中结构的能力，很可能有助于我们干涉或管理系统，并使之变为我们所设想的配置，同时，这也预示着一个“知道如何生成超晶格的方法”的未来。

Tisdale 说，为了获得更多的关于纳米晶体自组装方式的知识，还有大量的工作需要进行。他和他的团队计划使用他们的新技术来操控参数，如溶剂条件，纳米晶体的大小和形状，同时，他们计划更深入的研究表面的配体，这些配体或许就是自组装进行的关键因素。

Weidman 补充说，我们希望这项研究和技术能帮助我们增加胶体晶体自组装的知识，同时，从长远来看，我们能够有能力让纳米晶体自组装成我们期望的结构。

这项工作是激子学中心的一部分工作，激子学中心是一个由美国基础能源科学能源办公室资助的能源前言研究中心。康奈尔高能同步辐射源（CHESS）是由美国国家科学基金会和美国国家卫生研究院、美国国家综合医学科学研究院支持的研究单位。
 
译者: 边草
译自:sciencedaily