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37张微观图片,带你回顾纳米技术的十年

来源:Nature自然科研 2017-01-04 17:49

原文以Ten years in images为标题

发布在2016年10月5日的《自然-纳米技术》新闻上

微观世界和宏观世界一样,充满了不可思议的神奇景象。2016年是我们的子刊《自然-纳米技术》创刊10周年纪念,编辑们精选了十年来在本刊发布的最精美的纳米科技图片,将小到肉眼不可见之处的大美带到眼前。

分类纳米管

本图为使用密度梯度超速离心法分类的单壁碳纳米管(SWNT)。这张照片展示了单臂碳纳米管的分类色带,分类依据为电子结构(金属、半导体)和直径。

Nat. Nanotech. 1, 60–65 (2006)

强制机械粗化

原子力显微镜探针在敲击模式下驱动硅表面上的纳米金颗粒组件粗化。图像左侧显示了单次扫描后的成果,右侧显示了成像8小时后,来自探针诱导的纳米颗粒输运引起的粗化。

Nat. Nanotech. 2, 167–170 (2007)


纳米颗粒印刷

纳米颗粒的定向装配可用于印刷各种具有单颗粒分辨率的结构,包括这个由17世纪炼金术士Robert Fludd设计的图案。图中的“太阳”由约20,000个纳米金颗粒组成。

Nat. Nanotech2, 570–576 (2007)

纳米结构硅阳极

与锂反应后的硅纳米线显示出了约400%的体积增加。由于纳米结构形貌中的空隙,纳米线可在维持硅的大部分理论容量的同时,保持锂化-脱锂循环反复而不断裂。

Nat. Nanotech3, 31–35 (2008)

石墨烯中的光电流

本图展示了基于单层石墨烯的场效应管中光生电流的空间分布,这是通过在器件上扫描激光光斑、搜索不同的背栅电压获得的。红色/蓝色区域对应内置电场,在金属电极周围特别标记出来。

Nat. Nanotech3, 486–490 (2008)

量子全息术

本图所示为利用分子构建的全息图编码在二维电子气的波函数中的信息,这些信息可用扫描隧道显微镜(STM)读取。STM光谱图像显示出了字母'S'。

Nat. Nanotech. 4, 167–172 (2009)


放置DNA图形

本图为光刻图案化表面上的DNA折纸图形。原子力显微镜图像展示了边长127纳米的DNA三角,这些三角被放置在类金刚石碳表面上500纳米宽的线条之间。

Nat. Nanotech. 4, 557–561 (2009)


模板化自组装

本图展示了使用仔细间隔成型的纳米柱拼成的复杂纳米图案,这种图案可作为嵌段共聚物薄膜的自组装模板。纳米柱是通过对无机抗蚀剂的电子束图案化制备的。扫描电子显微镜图像展示了模板化弯曲和结点的形成。

Nat. Nanotech. 5, 256–260 (2010)


自供电纳米线器件

这张扫描电子显微镜图像展示了夹在铬(左)电极和金(右)电极之间的氧化锌纳米线阵列发电机。这种压电柔性器件能将机械应变转化为电能。

Nat. Nanotech5, 366–373 (2010)

石墨烯触屏

本图为转移到聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底上的柔性透明触屏面板原型。这一原型基于导电多层石墨烯,其中,石墨烯是通过化学气相沉积和卷对卷两种方法相结合生长的。该设备可通过合适的印刷电极连接到计算机上。

Nat. Nanotech5, 574–578 (2010)


太赫兹源

本图为核壳结构的氧化锌微球。壳体由多个矩形纳米悬臂组成,在绿光激发下,它们能耦合形成机械振动的驻波,引起太赫兹范围内的辐射。

Nat. Nanotech6, 103–106 (2011)

纳米多孔金属氧化物电极

本图为表面有高密度纳米孔的金薄膜(图中深色背景)的明场透射电子显微镜图像。这些纳米孔由纳米晶体MnO2(图中亮区)通过电镀方法填充,电镀方法的持续时间直接控制着整体MnO2的负载。

Nat. Nanotech6, 232–236 (2011)

双连续电极

镍反蛋白石形成了电池阴极两相的其中一个。结合电化学活性相,这种电极结构可实现快速充电电池所需的离子电子快速交换和输运。

Nat. Nanotech6, 277–281 (2011)


纳米粒子分析仪

本图为纳米粒子流经高通量粒子分析仪的假彩色荧光图像。该图显示了在微流体系统中穿过集成纳米过滤器的聚苯乙烯纳米颗粒流,系统每秒可分析500,000个颗粒。

Nat. Nanotech6, 308–313 (2011)



石墨烯域可视化

石墨烯表面的宏观域可通过液晶涂覆实现可视化。这张偏振光学显微照片清晰地显示了液晶涂覆的石墨烯薄膜中的区域和边界。

Nat. Nanotech7, 29–34 (2012)


分子中的成像电荷

本图为利用开尔文探针力显微镜所得的吸附在表面上的单个萘酞菁分子内的电荷分布图。左图为实验数据,右图显示计算的电场分布。

Nat. Nanotech7, 227–231 (2012)



单原子晶体管

本图为在磷掺杂硅层上制造的晶体管的扫描隧道显微镜图像。该器件的活性区域是图片中央小亮点下方的单个磷原子。

Nat. Nanotech7, 242–246 (2012)


分子的量子干涉

本图为重分子量子干涉的衍射图样,这一观测堪比对电子的首次量子干涉观测,后者揭示了物质的波动性。

Nat. Nanotech. 7, 297–300 (2012)



等离子体色彩

本图为通过调控硅衬底上金属纳米结构的等离子共振再现的Lena图(图像处理行业常用的测试图片之一)。该图的分辨率约为十万dpi,也就是衍射受限光学系统可实现的最大分辨率。

Nat. Nanotech. 7, 557–561 (2012)

谷-自旋阻塞

本图为流过弯曲纳米管的电流的假彩色图像。电流与微波电压和施加在纳米管方向上的磁场呈函数关系,白色区域对应最高电流值。

 Nat. Nanotech7, 630–634 (2012)


乳腺癌

这份免疫组织化学样本显示了来自转基因小鼠晚期乳腺肿瘤中部的细胞外基质。棕色染色代表层粘连蛋白-1的表达,这一蛋白的表达在癌症进展过程中与组织硬化有关。

Nat. Nanotech7, 757–765 (2012)

等离子体光催化

本图为水分解装置示意图。其中,电荷载流子是由表面等离子体的激发及随后的衰减而产生的。该装置由金纳米棒与析氢和析氧催化剂耦合制成,能在连续光照下自主操作。

Nat. Nanotech8, 247–251 (2013)


梳理纳米线

本图为使用纳米梳理组装技术制备的纳米线定向阵列,其中,纳米线附着在表面上的特定区域,然后在化学性质不同的区域拉伸。暗场电子显微镜图像显示了梳理表面上的超长硅纳米线。

Nat. Nanotech8, 329–335 (2013)


高分辨率的斯格明子晶格

本图展示了电子波的干涉条纹,它们来自电子波与Fe0.5Co0.5Si表面六边形斯格明子晶格(通过离轴电子全息术捕捉)的相互作用。这张图像提供了与之相关的二维磁通量涨落分布的直观形象。

Nat. Nanotech9, 337–342 (2014)

单壁碳纳米管

肿瘤区域的活体显微图像展示了负载纳米管的单核细胞进入肿瘤间质,并与肿瘤中的血管内皮相互作用的情况。绿色区域为肿瘤细胞,红色区域为血管,纳米管以灰度显示。

Nat. Nanotech9, 481–487 (2014)


精确量子点

通过扫描隧道显微镜针尖在InAs表面上排列铟原子,形成具有原子精度的量子点。红色区域表示不同量子态下的电子态密度。

Nat. Nanotech9, 505–508 (2014)


扭曲控制的共振

本图为含有氮化硼插层的两层石墨烯间隧道电流的灰度图。控制两个石墨烯层的相互取向可以优化隧穿条件。

Nat. Nanotech9, 808–813 (2014)


神经保护

本图为人脑微血管内皮细胞内化的角鲨烯酰腺苷纳米组装体的荧光图像(图中绿色斑点)。纳米组装体位于细胞质中,红色区域为细胞膜,蓝色区域为细胞核。

Nat. Nanotech9, 1054–1062 (2014)

亚器官分布

无标记质谱成像方法能检测出组织中的碳基纳米材料。左图:脾组织切片的光学图像。右图:显示碳纳米管离子强度分布的热图。

Nat. Nanotech10, 176–182 (2015)


全色显示

本图为上转换纳米晶构成的全色显示。这种显示仅需一种纳米晶体,不同的颜色是通过改变激发条件实现的。

Nat. Nanotech. 10, 237–242 (2015)


单分子二极管

单分子裂结的电流电压图片显示仅在负偏压极性情况下表现出的高电导情况。该图像是约1,000条迹线的叠加,所示整流比约为200。

Nat. Nanotech10, 522–527 (2015)

氧化物中的极性域

静电力显微镜在室温下测量应变SrMnO3薄膜中电导的空间分布。图片中,明亮条纹区域沿特定结晶方向取向,而这些结晶方向对应电导增强的密闭区域。

Nat. Nanotech. 10, 661–665 (2015)

螺旋纤维驱动器

这张扫描电子显微照片展示了用20层堆叠多壁碳纳米管薄片制成的单股螺旋纤维。线圈沿轴向紧密排列。这些纤维能对不同的极性溶剂产生各种收缩和旋转驱动。

Nat. Nanotech10, 1077–1083 (2015)

可重写的原子内存

扫描透射显微镜头针尖在铜表面上排列氯原子空位(图中黑点)。一个比特(根据定义,也就是一个字节)被编码在由8个空位组成的线条中,依靠线条上每个空位的上(下)位移来定义0(1)位值。

Nat. Nanotech. http://doi.org/bqtd (2016)

DNA缩聚

本图为通过迷宫的DNA缩聚。这张荧光图像显示了DNA缩聚从顶部传播到底部。虽然其中一些路线走进了死路,或者绕了圈子,但最常出现的模式对应了通过迷宫的最短路径。

Nat. Nanotech. http://doi.org/bqtf (2016)

玻尔半径分辨率

本图为铰链DNA折纸对象制成的分子定位装置,分辨率为0.04纳米,略小于玻尔半径。负染色透射电子显微镜图像展示了这一装置的一些位置状态。

Nat. Nanotech. 11, 47–52 (2016)

可穿戴糖尿病贴片

这张照片展示了含有汗液的人类皮肤上的一种基于石墨烯的电化学装置。这种贴片能监测汗液中的葡萄糖水平,还能通过热驱动经皮递送药物,降低糖尿病小鼠的血糖水平。

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