重点关注:中科大教授微结构晶体重要进展

　　

微尺度下创造的埃舍尔艺术杰作
——中科大教授在特种微结构晶体的构筑研究取得重要进展 
 

“来自中国中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室的俞书宏教授和他的合作者们运用简单的化学配方制造了被誉为‘几何明星’的优美的硫化铜十四面体微晶。让人回忆起著名艺术家M. C. Escher 在他1948年的木雕Stars作品中的多数特异结构的‘笼状’ 结构, 每个晶体是由四个完全相同的六角形的板通过相互交叉构筑成功具有14个腔洞的结构。” (Nature 2006, 442, 489， http://www.nature.com/nature/journal/v442/n7102/full/442488a.html#Crystal-growth:-Star-quality)。

       2006年8月3日出版的英国自然在最新一期的“Research Highlights”(研究亮点)栏目中以“Crystal growth: Star quality”为题并附图介绍了俞书宏教授课题组以快讯形式发表在最新一期的美国化学会Chem. Mater. 2006, 18, 3599-3601上有关化学溶液法合成美丽而具有高度对称性的、具有14个腔洞的十四面体硫化铜微晶的工作(Chem. Mater., DOI:10.1021/cm060956u, http://pubs.acs.org/journals/cmatex/index.html)（图1）。

      M. C. Escher（科内利斯·艾舍尔1898-1972）出生于荷兰的毛里茨，是一位享誉世界的现代版画艺术家。他擅长利用空间错觉、几何拼接、悖论结构等视觉原理和数学原理精心创作石版画、木版画以及金属版画。他的作品从“不可能”的角度重新描绘了这个客观世界，并给我们的主观感受造成了极大的冲击。

      此前, 7月24日美国化学工程新闻(Chem. Eng. & News 2006, 84(30), 32)也在该刊“Science Concentrates”栏目的头条新闻中以“Escher goes chemical”为题报道了该工作(http://pubs.acs.org/isubscribe/journals/cen/84/i30/html/8430scic.html), 并作了较详细的评述：“M. C. Escher 在他1948年的木雕Stars中以一组多面体赞美了几何对称性，其中包括由八面体嵌入立方体而形成的各种多面体。如今，来自中国合肥微尺度物质科学国家实验室和德国波茨坦马普胶体与界面科学研究所的化学家们制造了微米级的硫化铜十四面体结构。每个十四面体由四个相同大小而相互交叉的、对角宽度约2微米的六方板片构筑而成，形成一个具有8个等同四角锥和6个等同三角锥形腔洞的十四面体。为合成这一类Escher型晶体，研究者们将硝酸铜和元素硫的乙二醇溶液在140°C的反应釜中反应了一天。离心收集所生成的黑色固体后，扫描电镜观察给了俞书宏教授和他的合作者一个极大的惊喜。研究者称：‘令人惊奇的是，此处报导的如此简单的合成技术可以合成出如此优美、甚至一个技艺精湛的工匠也无法完成的微尺度物体的制造’。他们推想，这一特种微结构材料潜在的应用前景是可用作较大结构的构筑单元或用作在微尺度上包覆其它材料的载体。”

图1. (A), (B) 化学法制备的微米级特种硫化铜十四面体结构及其结构特征; (C), (D) 具有优美对称性结构的想象中的Escher多面体明星。

      近年来，俞书宏教授领导的课题组在中国科学院“引进海外杰出人才”计划、国家杰出青年基金、国家自然科学基金委创新群体、国家自然科学基金、中国科学院-德国马普学会伙伴小组等项目的支持下，一直致力于从生物矿化材料的多层次结构获得灵感，实现分子水平上对特种纳米结构材料的构筑、尺度及微结构及其性能的有效调控，探索实现于自然的条件下设计和构筑具有特殊结构与形状的复杂结构功能材料的构想。该课题组在多种无机材料如多种矿物的生物矿化过程模拟和仿生合成、有机(生物)分子的调控下晶体的成核、晶化、取向生长、组装原理等方面做了较系统的研究工作, 在特殊纳米结构材料的生物矿化和仿生合成、发展有效的纳米化学合成新途径等方面取得了一系列显著进展。