@ 2014.03.06 , 16:33
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实验室意外诞生有机准晶体

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三十多年来准晶体这个概念让科学家挠破了头皮,现在,奇怪的准晶体家族又多了一员————自组装有机分子形成的二维平面准晶体。

奇怪的晶体由单层五边形分子组成,晶体内分子间由弱氢键连接,这种分子団迫使同一平面的其他分子形成五边形、星型、舟型和菱形。常规晶体的分子图案和形状会以可以预测的形式不断重复,但是在这个准晶体内,虽然可以看见重复形状,但是排列方式却一点都不规则。

科学家说,造成这种准晶体和其他其他晶体不同的原因是材料中含有的有机成分和自组装成分。

“这些分子和周围的所有分子有明显不同,”物理化学家Alex Kandel,他在圣母大学的实验室中展示了这种材料。在此之前科学界一直认为大部分准晶体是金属族元素,常以强离子键结合,不会以较弱的氢键结合,后者经常在DNA等复杂有机分子内出现。

顾名思义,准晶体是半晶体化半紊乱态的结构。是一种介于重复结构、对称组织和完全随机构造之间的一种状态,内部原子呈部分对称,但通常不会在较长范围内重复。不粘锅涂层就用到了这种构造。

首次发现准晶体也是出于一次实验室意外。1982年,材料科学家Daniel Schechtman在实验室中发现了准晶体,因此被授予2011年诺贝尔奖。在这以前,科学家认为这种不完全规则组织不可能存在。

但现在人们知道这种结构确实存在。准晶体不单单只存在于实验室,也存在于自然界中。2012年,普林斯顿大学物理学家Paul Steinhardt展示了他在俄罗斯东部一块坠落到地表的陨石里发现的准晶体结构。

Kandel的研究团队发现有机结构准晶体组织实属意外。起初他们想研究二茂铁甲酸的电子分布,但是却意外发现了二茂铁甲酸分子构成的准晶体。团队要制备一条稳定的线性分子团,但却意外制成了二维准晶体。

“最初形成的画面让我们惊呆了,”Kandel说,”二维准晶体不容易做出来,这也是为什么近几年才有二维准晶体的报告,从首次发现准晶体材料到现在大概已经30年了。”

德国马丁路德大学的Wolf Widdra于2013年10月被媒体报道制出了世界上第一批二维准晶体,对于这项新研究他表示怀疑,他认为在足够大小的观测区域判定这些结构是否为准晶体还缺少证据。

对于自组装特性,也有科学家提出了异议。Widdra认为自组装可以适用所有准晶体结构,并不只适用于新发现的准晶体。但是Kandel不同意这点,他认为其它准晶体所采用的强化学键准确讲不能叫做自组装。他说,这种强化学键的力量远远超过了单体形成结构单元的力量,所以材料别无选择只能被迫成形。但是,在新发现的有机准晶体中,结构单元由弱氢键连接。”

“恰恰是因为驱动分子组装的力比形成单个结构的力要弱,“自组装”现象才如此有趣。”Kandel说。

本文译自 Wired,由译者 王大发财 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 47+1

  1. 杍墨
    @3 years ago
    2344050

    虽然我很想假装看懂了,但我实在不知道怎么装

    [183] XX [4] 回复 [0]
  2. D级人员
    @3 years ago
    2344057

    我明明已经很努力的去看每一句话了啊…

    [41] XX [3] 回复 [0]
  3. 2344058

    虽然不知道怎么回事,但是感觉很厉害似的。。。

  4. 2344065

    尽管没什么关系,想起一个冷知识,锗元素的晶体结构和钻石是相同的

  5. yelengye
    @3 years ago
    2344069

    大自然真是优秀的工程师……哎

  6. 2344073

    每一个字我都看懂了

  7. 2344076

    不粘锅不是已经很普遍了吗

  8. 阿布
    @3 years ago
    2344077

    晶体结构的无机物非常普遍
    具有晶体般规则排列的复杂生命物质也有很多
    符合斐波那契数列排列规则的生命体有很多
    而其中间的一环 有机物晶体结构排列 为什么就不能有呢~ 这很正常

    [5] XX [27] 回复 [0]
  9. 老实交待
    @3 years ago
    2344079

    感觉像是在做阅读理解——每个字都懂,不知道再说什么

  10. Seraph
    @3 years ago
    2344082

    这是在炫耀翻译水平嘛……

  11. 莴苣
    @3 years ago
    2344089

    団tuán同“团”(日本汉字),防盗码√

  12. 陈御风
    @3 years ago
    2344107

    好像很厉害的样子

  13. 2344112

    没有说这货的目的。。。加一个目的就容易让大家看懂了。。。液晶?CCD前防摩尔纹的滤镜?

  14. jackmoody
    @3 years ago
    2344114

    传说中的泰伯利亚??

    [12] XX [1] 回复 [0]
  15. ekansrm
    @3 years ago
    2344124

    @阿布: 现实生活没什么人听你说话吧, 老跑来煎蛋抛些高见刷存在感?

    [16] XX [8] 回复 [0]
  16. 2344125

    窃取上帝之手,为人工制(zhe)造(shi)生(zhong)命(dian),打下基础!

  17. 啦啦啦
    @3 years ago
    2344127

    虽然不明白讲的是什么,但这一定是个厉害的发现,因为重大科学成果都是一不小心意外产生的

  18. 睡觉
    @3 years ago
    2344129

    以为点错网站了,不是果壳吗?

  19. 咪咪子
    @3 years ago
    2344130

    “三十多年来”之后的内容我就看不懂了

  20. Xavier
    @3 years ago
    2344132

    “每个字都认识但就是看不懂”系列

  21. fensha
    @3 years ago
    2344147

    实验室里诞.生的东西多了。只不过是把那些看似有用的新东西报.道出来。

  22. 2344180

    召唤材料学基础学霸!

  23. 阿布
    @3 years ago
    2344195

    @ekansrm:
    实话实说~ 我其实是拿煎蛋评论 来练习辩论 以及整理思维的 -_-
    在随机遇到各种话题的情况下 锻炼自己的语言组织能力 和逻辑思维
    写太多 碍您眼了 爱慕扫瑞~

    [4] XX [12] 回复 [0]
  24. 2344200

    @阿布: 你多写点吧 跟着长知识

  25. 阿布
    @3 years ago
    2344215

    @王大发财:
    哎呀我去~财哥!你咋除来了捏?

    谢谢财哥鼓励支持谢谢谢谢~ 我这要和众编辑们比,纯粹班门弄斧而已,见笑见笑

  26. 2344218

    @阿布: 真的很烦,几乎每篇文章不管关于什么方面的,只要你出现就是一大堆噼里啪啦,现实生活中你也这么话多吗?请问你听说过安利吗?

  27. 2344262

    和我现在做的东西很相似。
    就是 collidal particles的 self-assembly

    这种晶体并不是传统意义的晶体(原子的有序排列)
    准确的说这是大分子 或者大颗粒 排成了有规则的形状。。

  28. 阿布
    @3 years ago
    2344269

    @LemoN:
    我平时还真话不多哈,一般也很少有人平时没事互相闲聊这些啊,话不投机半句多
    也别跑题了~ 像@Herb:一样说点专业的行么

  29. strawberry
    @3 years ago
    2344305

    我觉得煎蛋好牛逼,这是最新一期的Nature上的

  30. noahlin
    @3 years ago
    2344306

    @阿布: 你说错了,文章讲的是准晶体不是晶体,应该是局部规则整体无规的构造吧。

  31. 傻蛋
    @3 years ago
    2344307

    拜见百科大神。

  32. 阿布
    @3 years ago
    2344309

    @noahlin:
    ”具有晶体般规则排列的“ ”有机物晶体结构排列的“
    我说的意思是 像晶体结构一般排列的 并不是说由有机物形成的晶体
    另外,我也没说全部结构,显然说的是局部结构

  33. 阿布
    @3 years ago
    2344316

    疏散结构大颗粒有机物 聚集排列成为类似晶体般的结构
    是介于物理排列 和化学排列之前的相对模糊概念
    较复杂的有机物分子链 很难像无机物那样形成稳定的晶体
    这种晶体般的规则排列 必然是脆弱且不稳定的

  34. 阿布
    @3 years ago
    2344317

    还是多听听@Herb: 怎么说吧

  35. 呵呵
    @3 years ago
    2344322

    纳米机器

  36. 嚯嚯
    @3 years ago
    2344399

    一定是转基因出来的

  37. 2344466

    @阿布: 详见黄昆的晶体学,里面有半页纸介绍准晶体的

  38. romanfoot
    @3 years ago
    2344662

    @阿布:
    有机物是能形成晶体,而且很多超大分子如病毒都可以做到,事实上很多病毒就是做成结晶来保存的,对,没错,就是像矿物结晶那样的结晶,只不过没那么大,所以病毒是否是生命现象的最小形式现在还有争议,有人认为病毒是非生命到生命的过渡态.
    准晶是一种不能通过平移与重复结构重叠的构造,比如最简单的方块九宫格就能够通过平移而形成准确的重叠,还有和晶体不同的是具有5重或6重以上的旋转对称,具体可以看看果壳的这篇http://www.guokr.com/article/66246/

  39. romanfoot
    @3 years ago
    2344663

    @阿布:
    准晶式样的镶嵌装饰其实很早就在清真寺建筑中作为墙壁装饰,而数学/物理学家彭罗斯在纯数学上探讨并证明了只用两种不同的”瓷砖”也能形成的一种镶嵌结构,结果没想到不久就发现了现实的对应,刚开始发现的时候死活不被各种大牛承认,闹得满城风雨,到现在还有个研究晶体学的拿过诺奖的老顽固不承认准晶.
    彭罗斯写的皇帝新脑很有意思,建议大家可以去看看,里面对量子力学,人脑的工作方式,人工智能,数学的本质和方法等多个基本领域都有深入的探讨.

  40. 动力学产物
    @3 years ago
    2344723

    我不是很明白这个准晶和通常聚合物中所说的部分结晶有什么区别。但是由氢键这种强的分子间作用力产生这种结构应该不是不可能吧,这只能说明准晶的存在范围比我们 想象的大得多。

  41. 2344736

    Input
    #晶体/#准晶体;
    #儿歌/#爵士乐;
    #唐诗/#宋词;
    #濒死心电图/#正常心电图;
    #论文/#网聊;
    #古典芭蕾/#踢死狗;
    #玩狗/#猫玩;
    #正餐/#小吃;
    #公司年会正题/公司年会福利;
    #喝二锅头/#喝鸡尾酒;
    #女士洗澡任务集/男生洗澡任务集;
    #男生电脑桌面/#女生电脑桌面;
    #男生服饰/#女生服饰;
    etc.
    run-all

  42. 凯恩
    @3 years ago
    2344953

    离泰伯利亚已经不远了

  43. drsamyin
    @3 years ago
    2344991

    我也是做sam的。。。

  44. 西北工业大学
    @3 years ago
    2345045

    还见过那个诺贝尔奖的得主,来我们学校做过讲座~蛮有意思一货。

  45. 向心力
    @3 years ago
    2345228

    与其说意外,不如说潜意识。

  46. 日理万鸡
    @3 years ago
    2345460

    我来吐槽鸡的

  47. 2345563

    @阿布 能不能說點實際的?

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