新材料的發(fā)現(xiàn)定義了不同的文明時代，因為新材料推動了新的能力。然而，確定給定應(yīng)用的最佳材料 - 催化劑，光捕獲結(jié)構(gòu)，生物診斷標(biāo)簽，藥品和電子設(shè)備 - 傳統(tǒng)上是一項緩慢而艱巨的任務(wù)。選項幾乎是無限的，特別是在納米級(納米是十億分之一米)的情況下，即使在固定的成分下，材料特性 - 光學(xué)，結(jié)構(gòu)，電學(xué)，機械和化學(xué) - 也會發(fā)生顯著變化。

本周在美國國家科學(xué)院院刊(PNAS)上發(fā)表的一項新研究支持西北大學(xué)開發(fā)的一種具有革命性的新工具的功效，該工具能夠快速測試數(shù)百萬(甚至數(shù)十億)納米顆粒，以確定特定用途的最佳效果。

“當(dāng)利用傳統(tǒng)方法識別新材料時，我們幾乎沒有觸及可能的表面，”西北大學(xué)的研究對應(yīng)作者，納米技術(shù)研究及其應(yīng)用的世界領(lǐng)導(dǎo)者Chad A. Mirkin說。“這項研究提供了概念驗證 - 這種發(fā)現(xiàn)科學(xué)的強大方法是有效的。”

該新型工具以非常受控的方式利用納米顆粒的組合庫或巨型庫。(組合庫是在表面上的特定位點編碼的系統(tǒng)變化的結(jié)構(gòu)的集合)。這些庫是使用Mirkin的聚合物筆光刻(PPL)技術(shù)創(chuàng)建的，該技術(shù)依賴于具有數(shù)十萬個金字塔尖端的陣列(數(shù)據(jù)元素集)來沉積各種尺寸和成分的單個聚合物“點”，每個聚合物都裝有不同的金屬鹽感興趣的，在表面上。一旦加熱，這些點被還原成金屬原子，形成固定組成和尺寸的單個納米顆粒。

“通過小規(guī)模，我們在高通量材料發(fā)現(xiàn)中創(chuàng)造了兩個優(yōu)勢，”維爾貝格藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的George B. Rathmann化學(xué)教授Mirkin說。麥考密克工程學(xué)院化學(xué)與生物工程，生物醫(yī)學(xué)工程和材料科學(xué)與工程教授; 西北大學(xué)國際納米技術(shù)研究所(IIN)執(zhí)行董事。“首先，我們可以將數(shù)百萬個特征打包到平方厘米區(qū)域，為迄今為止創(chuàng)建最大和最復(fù)雜的庫創(chuàng)建了一條路徑。其次，通過在亞納米級長度范圍內(nèi)工作，大小可以成為庫參數(shù)例如，在催化領(lǐng)域，大部分行動都在這個長度范圍內(nèi)。“

這項新研究是西北大學(xué)IIN與空軍研究實驗室的合作伙伴關(guān)系，是美國空軍西北部高級生物可編程納米材料卓越中心的一部分。該團隊利用一種名為ARES™的巨型圖書和基于原位拉曼光譜的篩選技術(shù)來鑒定Au3Cu(一種金銅組合物)，作為合成單壁碳納米管的新催化劑。(ARES由空軍研究實驗室材料與制造理事會柔性材料與工藝研究團隊負責(zé)人Benji Maruyama和空軍研究實驗室和UES公司研究科學(xué)家Rahul Rao共同開發(fā))

碳納米管是輕質(zhì)，柔韌且比鋼更強的分子，用于儲存能量，藥物輸送和用于許多塑料材料的增強性能的添加劑。篩選過程不到一周即可完成，比傳統(tǒng)篩選方法快數(shù)千倍。

研究報告的共同作者Maruyama說：“我們能夠迅速實現(xiàn)最佳納米管產(chǎn)量的最佳組合，比傳統(tǒng)方法快得多。” “研究結(jié)果表明，我們可能擁有最終的發(fā)現(xiàn)工具 - 材料發(fā)現(xiàn)的潛在改變者。”