北京
纳米材料工程师终于有了一把新尺子。
密歇根大学工程学院、南加州大学维特比工程学院和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究团队最近开发出一种量化纳米材料复杂度的指标。这项发表于《Science》的研究，试图把纳米材料工程从"碰运气"的发现模式，推进到可预测的设计模式——让工程师组合出自然界和现有材料都不具备的新特性。
传统纳米材料走两个极端：要么是随机分布的纳米颗粒涂层，要么是排列整齐、间距均一的紧密晶体。新研究找到了第三条路：有序晶体与随机性的可调组合——这正是复杂度的本质——为材料设计提供了一个全新旋钮。
"这就像一种结构，里面有团簇，还有连接这些团簇的桥梁贯穿整个系统，"论文共同通讯作者、密歇根大学化学科学与工程Irving Langmuir杰出大学教授Nick Kotov解释道，"这些相互连接的粒子群落会带来全新的东西。"Kotov也是复杂粒子系统中心（COMPASS）的首席研究员，该中心致力于利用纳米颗粒构建自然界罕见甚至从未出现过的材料特性。
研究团队用几个纳米颗粒系统验证了这种网络结构的威力。一个典型例子：他们将金纳米颗粒组装成晶体团簇的松散网络，这种结构能强烈反射红外光——而悬浮态金纳米颗粒做不到，金纳米颗粒晶体也表现很差。团队同时给出了操作手册：其他研究者如何用同样的方式驾驭复杂度，建立了一套量化有序与无序、并预测材料特性的框架。
"我们证明基于图的度量与材料特性高度相关，可以作为设计未来新兴技术材料的全新指导原则，"另一位共同通讯作者、密歇根大学物理与机械工程教授Xiaoming Mao表示，"这让工程师能把复杂度当作强大的设计参数，打开简单材料无法实现的能力路径。"
用复杂度度量材料能力的想法，最早由诺贝尔物理学奖得主Murray Gell-Mann提出。他将复杂结构定义为有序与随机（无序）的组合，而简单结构只包含其中一种。Gell-Mann还描述了小尺度复杂度如何向更大尺度层层传递——骨骼就是例子。
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