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近日，中國科學(xué)院近代物理研究所材料研究中心科研人員與俄羅斯杜布納聯(lián)合核子研究所合作，研發(fā)了一種孔徑小于10納米的固態(tài)納米孔制備新技術(shù)。相關(guān)成果發(fā)表在《納米快報(bào)》（Nano Letters）上。

高質(zhì)量固態(tài)納米孔的制備是DNA測序、納流器件以及納濾膜等應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前，在無機(jī)薄膜材料中制備固態(tài)納米孔的主流方法是聚焦離子/電子束刻蝕，該方法在制備過程中需實(shí)時(shí)反饋，更適合于單個(gè)納米孔的制備。因此，探索孔徑可調(diào)、孔密度可控和無需實(shí)時(shí)反饋的固態(tài)納米孔快速制備技術(shù)具有重要的科學(xué)意義。

科研人員基于蘭州重離子研究裝置（HIRFL），利用快重離子作用于WO3納米片材料，成功實(shí)現(xiàn)了直接“打孔”的制備方法。同時(shí)，科研人員利用分子動(dòng)力學(xué)模擬對(duì)物理機(jī)理進(jìn)行了解釋，發(fā)現(xiàn)重離子在材料中的沉積能量會(huì)引起材料局域瞬時(shí)熔融噴發(fā)，熔融相的粘度和表面張力大小是決定納米孔形成的關(guān)鍵因素。

該方法通過改變重離子的電子能損調(diào)控孔徑大小，通過改變重離子輻照注量調(diào)節(jié)孔密度，整個(gè)制孔過程一步完成，不涉及化學(xué)蝕刻，具有一定的普適性和應(yīng)用潛力。

研究工作為重離子束應(yīng)用于固態(tài)納米孔制備開辟了新途徑，也為解釋重離子在固體材料中潛徑跡形成的微觀機(jī)理提供了重要的理論依據(jù)。

該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金以及中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的資助。

快重離子在WO3納米片中直接形成納米孔示例。近物所供圖

相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00884

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