科學時報2005年6月9日訊  美國能源部Brookhaven國家實驗室、中密歇根大學和密歇根州立大學的科學家們，日前用自行開發(fā)的材料結(jié)構(gòu)分析方法，發(fā)現(xiàn)了一種納米物質(zhì)的三維分子結(jié)構(gòu)�？茖W家認為，這種材料在改進太陽能電池、生物傳感器及電視和電腦顯示屏等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。該成果近日在《美國化學會志》網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表。

    這種材料是一種高分子納米復合材料，由納米尺度的有機聚合物和其它無機部分組合而成。這些分子“積木”聚集到一起后，就成為該納米復合材料的基本單元�！案叻肿蛹{米復合材料長期以來備受關(guān)注，因為它對許多技術(shù)領(lǐng)域都有潛在的推進作用”，Brookhaven國家實驗室的物理學家、該研究計劃成員Tom Vogt說，“這種聚合材料同樣有獨特的機械性能，彎曲性、延展性都很好，同時導電性也非常好。”

    這次研究中使用的聚合物是一種名為聚苯胺的物質(zhì)。把它和金屬氧化物等多種無機化合物組合起來，就能獲得一系列的高分子納米復合材料。本次研究選用的無機化合物則是用水分子隔離開的氧化釩�？茖W家以前一直不大了解這種納米復合材料的結(jié)構(gòu)，這主要是因為其“積木”排列并不規(guī)則，導致無法像有序的晶狀樣本結(jié)構(gòu)那樣，用X光等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析手段加以研究。傳統(tǒng)的X光衍射過程中，X光線從樣本原子上“反彈”或衍射開來，最終形成清晰的光束；對其稍作分析，就能獲得樣本原子位置、類型等詳細信息。但投射到納米復合材料 上的X光，光束四下散射而被“抹去”，根本不能提供相應(yīng)的結(jié)構(gòu)信息。

    為解決這一問題，研究小組采用一種非常規(guī)的數(shù)學算法，破解收集到的X光散射數(shù)據(jù)。該方法首先分別單獨分析聚苯胺和氧化釩的散射數(shù)據(jù)，然后分析它們結(jié)合成高分子納米復合材料后形成的散射數(shù)據(jù)。利用這些信息，研究者制成一個三維模型，用來說明聚苯胺和氧化釩如何在原子尺度混合形成高分子納米復合體。該模型顯示，聚苯胺原子鏈夾在上下兩層氧化釩之間，形成“三明治”一樣的結(jié)構(gòu)。

    “我們的研究結(jié)果證明，將普遍應(yīng)用的X光分析技術(shù)與非常規(guī)實驗性方法結(jié)合，就能獲得納米復合材料詳細的結(jié)構(gòu)信息。這將促進我們對物質(zhì)屬性的了解”，來自中密歇根大學的課題負責人Valeri Petkov說，“希望我們的工作能促使科學家在這一方面進行更多研究�！睋�(jù)悉，參與該項目的密歇根州立大學的科學家Mercuriou Kanatzidis等，已開發(fā)出一種合成這些納米復合材料的方法。