科學(xué)家利用DNA制作出的超材料, 可大幅調(diào)節(jié)光子傳播性質(zhì)
光學(xué)性質(zhì)是超材料最為重要的一種性質(zhì)。光學(xué)超材料是傳輸光線(xiàn)的材料,這些材料以折射、反射和透射的方式,改變光線(xiàn)的方向、強(qiáng)度和位相,使光線(xiàn)按預(yù)定要求和路徑傳輸,也可吸收或透過(guò)一定波長(zhǎng)范圍的光線(xiàn)而改變光線(xiàn)的光譜成分。
目前已有的研究中,光學(xué)超材料多采用玻璃、晶體、塑料等作為結(jié)構(gòu)制作原型,與傳統(tǒng)不同的是,西北大學(xué)的研究人員利用DNA鏈開(kāi)發(fā)了一種新型的光納米粒子,并通過(guò)一定的結(jié)構(gòu)編排使其形成超晶格結(jié)構(gòu),以用于醫(yī)療傳感器等后期設(shè)備的開(kāi)發(fā)。
為了研制這種新的材料和結(jié)構(gòu),研究人員將光刻技術(shù)和DNA驅(qū)動(dòng)技術(shù)結(jié)合在了一起,首先,他們利用光刻技術(shù)在聚合物抗蝕劑上鉆出一納米寬的小孔,作為納米顆粒落入的著落墊(其中這些顆粒是經(jīng)過(guò)DNA鏈的作用),當(dāng)?shù)诙䝼(gè)或第三個(gè)顆粒落在頂部時(shí),它們會(huì)結(jié)合在一起,并保持垂直堆疊的狀態(tài)。
隨后,研究團(tuán)隊(duì)用黃金納米粒子對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行涂層,從而形成超晶格結(jié)構(gòu)。
讓人驚奇的是,當(dāng)他們將材料放置在不同濃度的乙醇溶液中時(shí),他們發(fā)現(xiàn)DNA鏈會(huì)自動(dòng)改變長(zhǎng)度,從而改變材料的顏色(如從黑變?yōu)榧t,再變?yōu)榫G色)。
對(duì)此,Koray Aydin表示:“開(kāi)發(fā)超材料的光學(xué)性質(zhì)是一個(gè)重大的挑戰(zhàn),我們的方法使光學(xué)材料達(dá)到了現(xiàn)有最高的可調(diào)諧范圍。”
超材料的性質(zhì)主要取決于材料的結(jié)構(gòu),所以科學(xué)家們預(yù)計(jì),他們可以通過(guò)調(diào)節(jié)顆粒的尺寸、形狀和類(lèi)型來(lái)設(shè)計(jì)出具備幾乎所有光學(xué)性質(zhì)的超材料。
“我們提出的這一材料平臺(tái),對(duì)下一代光學(xué)超材料和表面元件具有重要的意義。”
值得一提的是,超材料作為新材料的一種,它具有非常廣闊的應(yīng)用前景,比如現(xiàn)在可以預(yù)見(jiàn)的完全光子帶隙、隱形斗篷和3D顯示技術(shù)等應(yīng)用場(chǎng)景。在我國(guó),深圳光啟就是一家專(zhuān)門(mén)做超材料的上市公司。
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