澳门金莎娱乐网站科技日报:中美科学家发明增

2019-11-27 07:38 来源:未知

电工电气网】讯

将在材料科学和生命科学中得到运用

德国慕尼黑理工大学(Technical University of Munich;TUM)物理学家组成的研究团队开发出分子纳米开关,能够透过施加电压在两种不同结构的状态之间切换。该团队表示,这项研究发现可望作为开创性组件的基础,从而以整合且能直接寻址的有机分子取代硅组件。

本报讯 中科院院士、厦门大学化学化工学院田中群教授课题组与美国佐治亚理工学院王中林教授课题组合作,在电化学控制条件下获得了多种分子或离子吸附在铂、金等单晶电极上的表面拉曼光谱,该新技术尚属首次,其研究成果发表在3月18日的英国《自然》杂志上。

TUM物理学系的纳米科学家Joachim Reichert表示:“仅用一个单分子进行切换,就可能让未来的电子组件朝微型化的极限向前迈进一步。”

  表面增强拉曼光谱是一种非常强大的高灵敏分析技术,它可以探测和分析物质表层所吸附的各类分子,对于有些体系,它的灵敏度甚至达到检测单分子水平。但是,它的应用具有很大局限性——仅有少数几种金属可产生如此强大的表面增强拉曼散射效应,并且这些金属的基底必须是粗糙或需要制备成纳米粒子。 

该研究团队最初开发的方法是使用外加电压,让他们能与强光场中的分子形成精确的电接触。在大约1V的电位差下,分子改变其结构:使其变得平坦、导电且散射光线。这种强烈依赖分子结构的光学行为,激发了研究人员的创意,因为在这种情况下可以观察到散射活动——拉曼散射(Raman scattering),同时透过外加电压的方式进行开启和关闭。

  据介绍,课题组提出建立了名为“壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱”新技术,相当于在金属或其他材料面上铺撒一层“聪明的灰尘”,即用化学惰性材料超薄壳层所隔绝的金纳米粒子,利用这些纳米粒子能使各种材料表面的拉曼光谱得到增强。

研究人员使用的是由瑞士巴塞尔和德国卡尔斯鲁尔(Karlsruhe)的团队合成的分子。这种分子在充电时会以特定的方式改变其结构。它们排列在金属表面上,并采用具有极薄金属涂层为尖端的玻璃碎片角落进行接触。这使得电接触、光源和集光器整合于一。研究人员使用该碎片将雷射光直接照射在分子上,并测量随施加电压而变化的微小光谱信号。

  课题组采用时域有限差分法对有关增强效应进行模拟,数据显示,与纳米粒子接触的微小区域的表面分子的拉曼信号可增强约七个数量级。他们用该方法检测了半导体硅表面物种、细胞壁组分乃至橘子皮的残留农药,结果证明拉曼光谱方法可以应用于检测各类材料的最表层化学组分和任何形貌的基底,使得表面拉曼光谱提升为更为通用和实用的方法,将在材料科学和生命科学中得到运用,例如,通过结合便携式的拉曼谱仪,可望在食物安全、药物、炸药以及环境污染检测中发挥作用。

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