藝術家和材料科學家都彎曲、熔化和塑造材料，使其成為有用且美觀的形式。但是，人類雙手所造的任何東西都無法與複雜珊瑚的 intricacy 或雪花的精緻和獨特幾何形狀相媲美。在昨天發表在《科學》雜誌上的一項研究中，研究人員利用自然界的雕刻方法創造了視覺上令人驚歎的 3-D 結構，這可能會改變奈米和微材料的製造方式。
生物體會根據環境變化改變其生長模式。例如，如果水的溫度、酸度或二氧化碳水平發生變化，海螺可能會從斑點圖案切換到條紋圖案。哈佛大學工程與應用科學學院 (SEAS) 的物理化學家 Wim L. Noorduin 利用相同的概念，誘導自組裝材料產生波紋、螺旋和彎曲，形成類似葉子、莖、花朵、花瓶和珊瑚的結構。
此幻燈片中展示的奇妙微型花束不是雕刻而成，而是透過設計生長而成。Noorduin 和他的同事們以逐步方式構建這些晶體結構：首先生長花瓶，然後是莖，最後是花瓣。原始影像是黑白的，但研究人員根據每個結構形成的順序對其進行了偽彩色處理。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
許多奈米結構（例如矽儲存單元）都是使用光刻技術蝕刻的，這是一種精確但昂貴且勞動密集型的技術，只能在平面上使用。SEAS 材料科學教授 Joanna Aizenberg 說：“現在沒有任何東西可以創造 3-D 結構。”她是該研究的首席研究員，也是仿生學（使用生物系統作為創造材料或設計機器的模板）的先驅。這項新技術是第一個可以設計和構建 3-D 結構的技術。它簡單、便宜且高效，因為整個微型花朵森林可以同時自我組裝。
儘管本研究中建立的結構只是為了展示，但該技術在未來應用方面具有潛力。這些 3-D 微結構的褶皺在微小的空間內堆積了大量的表面積，這對於依賴催化劑（加速化學反應的物質）的化學品的生產而言是一個重要的考慮因素。可用的表面積越大，您可以新增的催化劑就越多，反應效率就越高。
該過程還可用於製造非對稱（手性）結構，這可能對微電路有用，因為手性在導電性中起作用。
該技術仍需改進才能在這些型別的應用中使用。該團隊開發了一個數學模型，該模型可以繪製結構如何演變，這對於設計新形狀很重要。Noorduin 說，他們現在正在研究裝置，這些裝置將使他們能夠非常精確地控制環境條件，以標準化形狀和尺寸。他們還需要弄清楚如何對其他材料（例如用於奈米管的碳）保持相同的控制水平。
在啟動該專案三年後，Noorduin 說他仍然會回去欣賞一些他最喜歡的樣品。他坐在掃描電子顯微鏡前，透過鏡頭窺視：“感覺就像潛入一片奇怪的珊瑚礁，” Noorduin 說。“你可以花幾個小時看著它們。”