在納米級(jí)建筑并不像建房子?？茖W(xué)家通常從二維分子層開始，并將它們組合起來形成復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。而不是釘子和螺釘，這些結(jié)構(gòu)通過存在于納米尺度的物體之間的有吸引力的范德瓦爾斯力連接在一起。

范德瓦爾斯力量在構(gòu)建儲(chǔ)能材料，生化傳感器和電子產(chǎn)品方面至關(guān)重要，盡管與化學(xué)鍵相比它們較弱。它們還在藥物遞送系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用，確定哪些藥物與蛋白質(zhì)中的活性位點(diǎn)結(jié)合。

在可以幫助開發(fā)新材料的新研究中，康奈爾大學(xué)的化學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，二維分子構(gòu)建塊中存在的空間(“孔隙”)從根本上改變了這些范德華力的強(qiáng)度，并且可能會(huì)改變組件復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)。

這些發(fā)現(xiàn)代表了一種未開發(fā)的途徑，用于控制復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)從多孔二維構(gòu)建塊的自組裝。“我們希望對(duì)這些力量有更全面的了解將有助于發(fā)現(xiàn)和開發(fā)具有多種功能，有針對(duì)性的特性和潛在新穎應(yīng)用的新型材料，”該學(xué)院化學(xué)助理教授Robert A. DiStasio Jr.說。藝術(shù)與科學(xué)。

在1月14日發(fā)表于物理評(píng)論快報(bào)，DiStasio，研究生Yan Yang和博士后助理Ka Un Lao的題為“孔尺寸對(duì)二維分子和材料中范德華相互作用的影響”的論文中，描述了一系列數(shù)學(xué)解決空間空間如何從根本上影響在納米級(jí)距離上發(fā)生的有吸引力的物理力的問題的模型。

在三個(gè)原型模型系統(tǒng)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，特定的孔徑會(huì)導(dǎo)致管理范德瓦爾斯力的物理定律中的意外行為。此外，他們寫道，這種行為“可以通過改變這些空隙空間的相對(duì)大小和形狀來調(diào)整...... [提供]對(duì)復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)的自組裝和設(shè)計(jì)的新見解。”

雖然強(qiáng)共價(jià)鍵負(fù)責(zé)形成二維分子層，但范德瓦爾斯相互作用提供了層之間的主要吸引力。因此，范德瓦爾斯力主要負(fù)責(zé)復(fù)雜的三維納米結(jié)構(gòu)的自組裝，這些納米結(jié)構(gòu)構(gòu)成了當(dāng)今使用的許多先進(jìn)材料。

研究人員用許多二維系統(tǒng)證明了他們的研究結(jié)果，包括共價(jià)有機(jī)框架，這些框架具有可調(diào)節(jié)和可能非常大的孔隙。

“我很驚訝空洞空間和范德瓦爾斯力量之間復(fù)雜的關(guān)系可以通過這樣簡單的模型合理化，”楊說。“同樣，我對(duì)我們的研究結(jié)果感到非常興奮，因?yàn)榉兜峦郀査沽Φ奈⑿∽兓紩?huì)顯著影響分子和材料的性質(zhì)。”