纳米颗粒非常微小，小至一纳米或十亿分之一米，因其独特的物理和化学性质而引起材料科学家的浓厚兴趣。它们无法用肉眼检测到，需要高度专业的电子显微镜才能看到。

事实上，20世纪90年代和2000年代初成像技术的进步使得纳米科学领域成为可能，俄勒冈州波特兰刘易斯克拉克学院化学系教员AnneBentley说。

“我认为很多化学物质超出了人们可以掌握的范围，”她说。“你可以获得有关正在发生的事情的证据，但你仍在调查一些规模太小而你的眼睛无法看到的事情。任何你能做的扩大规模的事情都是有帮助的。”

因此Bentley正是这样做的，创建了纳米颗粒形成的最简单几何形状的3D模型。她使用纸张或3D打印材料制作了创建这些模型的说明，这些说明作为她与人合着的文章的一部分提供，该文章发表在《化学教育杂志》上，题为“晶格平面、晶体面和晶面的入门知识”纳米颗粒形状控制。”

材料化学学生的入门读物

纳米颗粒具有不同的几何形状，并且是晶体或由以在三个维度重复的图案排列的原子组成。这些形状显示出平坦的表面，称为平面或刻面，类似于宝石中的切割。本特利说，这些晶体表面上的原子排列会影响材料的特殊性能。

三种基本的纳米粒子形状：立方体、八面体或菱形十二面体。图片来源：AnneBentley/刘易斯克拉克学院

“这些形状源自原子的堆积，”她说。“制造不同形状的动机实际上取决于当材料在不同晶面上以不同方式切片时原子的排列。”

在论文中，Bentley重点关注低指数形状，她将其描述为三种最简单的结构切片方法。

“还有很多更复杂的方法来切片，但这是三种基本方法，通过将它们制成六面、八面或十二面——立方体、八面体或菱形十二面体。这是一个自然的选择，专注于这篇文章的这三个。”

将“混乱的数字”转化为形状

“纳米科学是一个既属于课程中化学和物理之间的主题，也是介于本科和研究生水平研究之间的主题，”本特利说。

“重要的是，初级材料化学家对晶面、晶面和生长方向有基本的了解。他们还需要了解用于索引这些属性的三位数符号系统，称为米勒指数。否则，该系统可能会看起来就像是一团神秘的数字。”

她认为以一种易于理解的形式提供知识基础非常重要，可以帮助教育工作者介绍这个重要且不断发展的领域。虽然可以通过计算机模拟程序以数字方式创建比3D打印模型更复杂的结构，但Bentley认为能够将模型握在手中具有优势。

“我喜欢可以观察和思考的东西，”她说，并补充说3D模型对于理解这一关键的纳米科学主题特别有用。

该图像演示了面心立方体扩展晶格中的三个平面族是如何相对于晶胞定义的、原子如何堆积在这些平面的表面上，以及这些平面如何形成三种纳米粒子形状的晶面。图片来源：AnneBentley/刘易斯克拉克学院

生长金颗粒以转化二氧化碳

在本特利的实验室中，她和学生们致力于操纵液体瓶中的金原子来控制纳米颗粒的形状。

“你需要在合适的温度下创造合适的条件，一个有利于生长特定形状的整个环境，”她说。

本特利研究金纳米颗粒，其以其催化特性或加速化学反应的能力而闻名。她解释说，材料的切片方式暴露了不同的原子模式。先前的研究已经发现，一种特殊的金纳米颗粒形状，即12面菱形十二面体，对于将二氧化碳转化为燃料材料更有效。

“这就像回收，”本特利说。“这种纳米粒子的形状不仅使研究人员能够从大气中去除二氧化碳，而且还使他们能够将其转化为某种可以使用的燃料。因此，如果我们能够生长出仅具有这个方面的粒子，那就是一个真正的优势。”

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