Nature Materials文献导读：麻省理工学院与康奈尔大学揭示纳米晶体自组装奥秘

纳米晶体制备简单、成本低，是一种很有潜力的材料，可用于制作高效太阳能电池以及能量转换器件。目前为止科学家们对于纳米晶体转变的始态以及终态的特点都有了很深刻的了解，却对于纳米晶体转变的这一动态过程知之甚少，这也在很大程度上限制了纳米晶体的应用。

麻省理工学院以及康奈尔大学的研究人员利用同步辐射X射线技术，对硫化铅纳米晶体的自组装过程进行实时监测，最终实现了对纳米晶体自组装过程这一动态过程的可视化，使得科学家们对纳米晶体自组装过程有一个较为直观的认识。

这一发现将会使得很大一部分的有机软质材料的自组装模型需要重新进行定义。而成功实现对晶体结构转变过程的可视化，也为将来定向合成具有一定结构的晶体奠定了基础。

图文导读：

图一 纳米晶结构表征

图1a是直径为5.6纳米高分散性硫化铅纳米晶体的吸收和发射光谱；

图1b图b是沿纳米晶体[100]方向上透射电镜的图片，可以看做是有4个晶格常数为9.5纳米的晶胞构成；左侧插图是单一纳米晶体的高分辨率投射电镜图片，图中原子平面清晰可见；右侧插图为产生这种衍射花样的纳米晶模板；

图1c是这篇文章所采用的纳米晶体的模型，图中标出的分别为六方晶系的（111）晶面和立方晶系的（100）晶面。为了更好地凸显出纳米晶体的核心，文中将配位体的密度做了适当的删减；

图二 从胶质悬浮体（初始状态）到自组装的超晶格（最终状态）的X射线散射花样

图2a为掠入射式小角度X射线散射（GISAXS）以及掠入射式宽角度散射（GIWAXS）下甲苯溶液中胶态悬浮的纳米晶的花样。插图为整体的掠入射式小角度X射线衍射花样，这月直径为5.6纳米的球状因数相匹配；

图2b表明了纳米晶在溶液中的取向是随机的，这和图2a中的结果相一致；

图2c是利用自组装成bcc超晶格结构的纳米晶制备的旋涂薄膜的GISAXS和GIWAXS花样，插图为整体的GISAXS衍射花样；

图2d所示为基底上有两层由图2c中数据定义的原子按bcc超晶格排列的纳米晶，其中bcc结构中的（110）晶面平行于基底；

图2e是在控制溶剂蒸发实验中用于同时进行GISAXS和GIWAXS测试的实验装置。

图三 无序胶质转变成高度有序超晶格过程中随时间变化的X散射花样

图3（a-h）是无序胶质转变成高度有序超晶格过程中随时间变化的X散射花样，即纳米晶自组装过程中原位测得的GISAXS和GIWAXS花样。GISAXS散射花样表明胶质悬浮体是通过C轴的收缩逐渐实现由胶质悬浮体向fcc超晶格，最终转变成bcc超晶格的。图3中每一幅GISAXS花样的左半部分白色圆环是用于推算散射位置的超晶格常数。GIWAXS花样显示最开始时的定向排列以及（200）晶面散射峰形状变化过程。

图四 自组装过程的结构重组动力学

图4a表明由于C轴的收缩使得fcc相先转变成bct中间相，进而转变成bcc相；

图4b显示纳米晶相邻晶面的有序化在自组装过程的一开始就发生，一直持续到后来；

图4（c，d）说明纳米晶体的面间距（c）以及纳米晶/超晶格相对于基底的倾斜程度的变化与图4a所给的超晶格动力学相一致。

图五 纳米晶自组装过程的总体描述（突出由fcc向bcc超晶格转变的过程）

图5中文字描述部分说明了纳米晶相对于基底是如何变化的；图片突出展示了超晶格晶胞是如何在空间中逐步转变成有固定取向的。蓝色轴线连接的纳米晶体组成fcc晶胞，而红色轴线连接的纳米晶组成了bcc晶胞

文献链接：Kinetics of the self-assembly of nanocrystal superlattices measured by real-time in situ X-ray scattering

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