本报上海8月8日讯（记者黄辛）中科院上海硅酸盐研究所研究员高濂领导的课题组在纳米结构可控制备和组装上取得重要进展，在国际上首次通过调节表面活性剂的形状和尺寸可控制备了不同尺寸的6个外表面均为{100}晶面的氧化铈纳米立方块，并且实现了这些纳米立方块的定向自组装。　

    这项成果为纳米材料制备领域开辟了一片崭新的天地，新近出版的国际著名期刊《美国化学会会志》第29期上刊登了这项成果的论文。3位审稿人均对该研究工作的意义给予高度评价：“该文报道了一种有趣的氧化铈纳米立方块的定向自组装结构”，“这种定向纳米结构对于理解纳米材料的结晶学特点和探索纳米晶在催化、磁学、纳电子学领域的应用都非常重要”。

    1纳米是十亿分之一米的长度，相当于一根头发丝直径的七万到八万分之一。当今世界的纳米技术发展不再从纳米的“小”字上做文章，操控纳米结构的形状以及多个纳米单元之间的组装已成为新的研究方向。

    纳米材料类别繁多，稀土是其中重要品种。我国稀土储量占世界80％，中科院上海硅酸盐研究所的科学家选择了稀土材料氧化铈（CeO2）作为纳米研究对象。氧化铈看似淡黄色粉末，其物理结构上的“细胞”是一个有14个面的球状晶体，其中8个面是六角形，6个面是正方形，仿佛一只黑白相拼的皮质足球。氧化铈作为一种重要的稀土材料，在催化制氢、汽车尾气处理、燃料电池、抛光剂等领域有重要应用。由于块体氧化铈的（100）面是一种极化的表面，因而不稳定，在实验上很难存在，除非通过表面重构。而这些特点又使得氧化铈的（100）面具有比（110）、（111）面更高的活性。

    该课题组在实验中获得的这些纳米立方块却具有六个{100}表面，并且很容易通过表面偶极作用而自组装成有序结构。这种（100）定向自组装单层的成功获得为氧化铈（100）表面的获得提供了一条崭新的途径。并且，他们在实验中发现，“定向聚集”的晶体生长机理存在于纳米颗粒的合成体系中。通过控制实验条件，一次颗粒定向聚集生长的结果既可以形成均匀的大尺寸纳米立方块，也可以形成高度各向异性的一维纳米棒，甚至“介晶”（mesocrystal）结构。这种纳米晶的形成机理为纳米晶的掺杂和异质纳米结构的制备开辟了一种新的方法和理论支持。

    据介绍，高濂领导的课题组通过一年多的大量实验，终于找到一种看似简单的“变形法”。他们将与猪油成分类似的“油酸”作为表面活性剂，参与到氧化铈的晶体生长过程中。油酸只会粘在正方形的晶体表面上，可以将这些方形面“定形定格”，同时那些不受油酸作用的六角形面则逐渐变成三角形，再不断变小，最终消失。这样，晶体只留下6个大小相同的正方形面，成了标准的立方体。

    研究发现，在不同反应条件下，这些纳米立方块的边长可控制在4纳米至100纳米的不同尺寸，也就是说一根发丝粗细的空间内可以容下成千上万个“纳米块”。更有意思的是，无数个纳米立方块之间还有一种“磁力”。原本杂乱无章的它们，能自行扎堆成更大的立方体，状如玩具“魔方”；也能定向连成一条直线，状如玩具“魔棒”。更有趣的是，在这个自动“排排坐”的过程中，纳米晶体还能包饺子般地将一些金、银等其他纳米颗粒均匀地裹起来，使材料具有更丰富的物理、化学特性。

    “这是一个令人激动的发现！”高濂告诉记者，实验已经证明，这种方法也适用于其他半导体纳米材料。“这种方法今后可用于‘组装’更强大的纳米电子器件。”目前，计算机芯片集成电路45纳米的线宽已几乎到达了光刻技术的极限，但利用这种将半导体纳米材料“搭积木”的方法，就可能生产出线宽只有几个纳米的芯片，从而能够推进计算机的微型化。