Nature Nanotechnology(文章评述):超高长径比的金属玻璃纤维合成和神经探针应用
纳米技术 纳米 2020-08-09

超细的导电丝具有重要作用,但是这种超细导电丝长度难以达到1毫米的长度,这显著抑制了其应用范围。人们希望导电丝能够组装到纤维结构中形成复杂横截面结构、或者纤维材料的横截面是可调控的、长宽比达到较高、通过块体材料作为反应物简单的步骤得到。人们同样希望导电丝具有均匀的横截面、并且导电性可调控。最近,洛桑联邦理工学院Wei Yan, Fabien Sorin等就实现了这些功能,并在Nature Nanotechnology上报道了该项研究成果,实现了40 nm尺度的交叉截面,金属丝的长宽比达到1010。有鉴于此,英国剑桥大学A. Lindsay Greer对该工作的重要性和意义在Nature Nanotechnology上进行评述。


本文要点:

(1)

传统金属晶体材料中,使用含有液体金属的热氧化物玻璃管进行合成,能获得最细的金属材料,这种材料加工过程同样能够获取直径为数十个mm金属玻璃合金(metallic glass)(最高能得到0.1 mm的直径)。

Yan等开发了一种表面上相同,实际上完全不同的方法,该方法通过将~60 mm厚的金属丝和聚合物进行拉丝处理,通过选择和金属具有类似粘度-温度关系的聚合物,从而在拉伸的过程中确保金属和聚合物体现互相匹配的流动性。通过在金属、聚合物都处于超粘的液态条件和刚好高于玻璃态温度值的情况。并且作者认为这种合成方法能够得到最低30 nm宽的金属丝材料,并且在实际中获得了直径达40 nm的金属丝。作者将含有金属丝(环状、纳米棒、轧制结构)的聚合物组装成厘米级别大小,并最终实现了将线性横截面尺寸大小缩减了1500倍。

(2)

将金属玻璃纤维、生物相容的聚合物组装成纤维探针,实现了神经探针功能,具有电化学信号的模拟和记录,局部药理学控制等功能。实际操作中,这种金属玻璃材料展现了优异的稳定性,比目前已有的所有金属探针稳定性和工作时间更高。作者认为这种材料能够在神经研究领域中起到重要作用。

(3)

该研究的意义在于,通过金属玻璃和聚合物适配的流动进行合成,实现了通过多个稳定步骤将块体材料变为纳米级材料,并且能够进行大规模合成。找到更多适配的金属和聚合物就能够得到其他结构的金属玻璃材料。

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参考文献

1. Greer, A.L. Fine fibres with multifunctionality. Nat. Nanotechnol. (2020).

DOI:10.1038/s41565-020-0725-2

https://www.nature.com/articles/s41565-020-0725-2

 

2. Yan, W., Richard, I., Kurtuldu, G. et al. Structured nanoscale metallic glass fibres with extreme aspect ratios. Nat. Nanotechnol. (2020).

DOI:10.1038/s41565-020-0747-9

https://www.nature.com/articles/s41565-020-0747-9


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