据多家媒体报道,2025年2月28日,《科学》杂志刊登了一项来自中国的颠覆性研究——复旦大学董安钢、李同涛团队联合国内外学者,首次用“哑铃形”纳米颗粒构建出笼目超晶格,实现了纳米材料自组装的革命性突破。这项成果不仅让中国科学家站上了超晶格研究的世界之巅,更令人震撼的是,团队灵感竟源自中国战国时代竹编器物的几何图案。当实验室里的量子材料与千年手工艺产生时空共振,这究竟是一场巧合,还是人类文明深层的智慧共鸣?
在复旦大学的实验室里,科学家们设计出头部圆润、腰部凹陷的哑铃形纳米晶体,这些晶体通过曲率互补形成类似“锁与钥匙”的互锁结构,恰似竹篾交错编织的灯笼骨架。
研究团队通过调控颗粒的局部曲率,让纳米材料像智能乐高积木般精准卡位,解决了传统球形颗粒组装时方向性难以控制的世纪难题。更令人拍案叫绝的是,这项技术未来将与机器学习结合,实现超晶格材料的“可编程化设计”,为催化、新能源电池、量子器件等领域打开全新可能。
什么是超晶格呢?超晶格被称为“人造晶体”,是由纳米颗粒周期性排列形成的有序结构。传统研究多聚焦于球形或立方体等形状构成的超晶格,而复旦团队另辟蹊径选择类似东方榫卯的结构,让材料性能产生质的飞跃。这项研究登上《科学》封面时,评审专家惊叹:“中国团队重新定义了纳米自组装的游戏规则。”
中国科学家发现的超晶格,其玄妙之处在于,它同时具备拓扑绝缘体的量子特性与传统工艺的美学基因。从物理学上看,这种超晶格的平带结构能让电子“冻结”在特定位置,是高温超导、量子自旋液体等前沿领域的核心载体。而鲜为人知的是,这种结构早在中国战国时期的竹编器物中就已广泛应用——湖北出土的楚国竹笥,其编织纹路与超晶格的原子排布如出一辙。
复旦团队将这种跨越千年的智慧转化为科技突破:他们设计的超晶格在电解水制氢实验中,催化效率比传统铂基材料提升3倍。这是因为六边形孔道加速了质子传输,而三角形顶点处的纳米颗粒产生量子限域效应,显著降低了反应活化能。更令人期待的是,这种结构在电池中可容纳更多阳离子,未来或使手机充电速度突破分钟级。
这项研究的深层意义,在于开启了超晶格设计的“自由组装时代”。传统材料开发依赖不断尝试新的配方组合,研究结果就像开盲盒一般。而复旦团队提出的曲率调控原理,结合机器学习等AI技术,将实现“按需定制”的材料设计。
从战国竹篾到量子材料,从《考工记》的“天有时,地有气”到实验室的AI方程,科技革命的密码,可能早已藏在祖先的指尖经纬中。当中国科学家用超晶格摘下纳米科学的皇冠,这不仅是一场技术的胜利,更是一次文明的证道——证明五千年文明积淀不是博物馆里的标本,而是指引人类突破认知边界的星图。
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