化学家们研制出一种全新的纳米材料

块上有一种新的纳米材料。俄勒冈大学的化学家们找到了一种制造具有独特结构特征的碳基分子的方法：互锁环。

像其他纳米材料一样，这些连接在一起的分子具有有趣的特性，可以通过改变它们的大小和化学组成来“调整”。这使得它们有可能用于一系列应用，例如专用传感器和新型电子设备。

“这是碳纳米材料的新拓扑结构，我们正在发现我们以前无法看到的新特性，”化学教授Ramesh Jasti实验室的研究生，该论文的第一作者James May说。May和他的同事在Nature Chemistry上发表的一篇论文中报告了他们的发现。

虽然其他实验室也合成了各种类型的互锁分子，但Jasti实验室的方法允许碳纳米管状结构连接在一起。它将允许化学家对结构进行许多不同的变化，并更充分地探索新材料的特性。

“你可以创建其他方法无法创建的结构，”Jasti说。

例如，他的团队使用这种方法制作了三个互锁环，以及一个带有多个环的杆状结构，可以上下滑动。这一进展源于Jasti对纳米箍的研究，纳米箍是碳原子环，是长而细的碳纳米管的精简变体。

“因为我们能够随意制造这些圆形结构，我开始思考，你能制造出自然界中不存在的东西吗?”贾斯蒂说。“这就是互锁环的想法由来的。

寻找一系列可以产生复杂环结构的化学反应采用了一种创造性的方法。他们的解决方案取决于将一个战略性放置的金属原子添加到一个环上。这种金属启动化学反应以产生第二个环，迫使它发生在第一个环内。一旦反应发生，第二个环就会被困住，与第一个环锁定在一起。

“我们能够让化学在一个可能永远不会发生的空间内发生，”梅说。

如果互锁分子的大小发生变化，或者环的排列方式不同，或者不同的化学元素被扔进混合物中，则互锁分子的行为会有所不同。通过进行纳米级调整，科学家们可以增强材料，使其完全符合他们想要的功能。由于这类材料是如此之新，科学家们仍在研究所有的可能性。

但Jasti的团队对它们作为传感器的潜力特别感兴趣，其中响应特定化学物质的环位置变化可能导致荧光。

它们还可用于制造柔性电子产品或动态生物医学材料。

“典型的碳纳米材料，如碳纳米管，石墨烯甚至金刚石都是静态材料，”他说。“在这里，我们创造了新型的碳纳米材料，这些材料保持了其迷人的电学和光学特性，但现在有能力做旋转，压缩或拉伸等事情。

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