破解超強鍵結死穴，顛覆常識的「熔鹽製程」讓十多種不可能的奈米材料成真
美國芝加哥大學（University of Chicago）與阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）化學團隊發表新的合成方法，首度以熔鹽製程做出金屬氮化物奈米晶體，論文 7 月刊登於《自然》（Nature）期刊。這類材料過去認為無法奈米晶體化，新方法一舉打開 LED 照明、醫療植入物與超導體材料的應用空間。
奈米晶體是現代材料科學的重要基礎，量子點研究更促成 2023 年諾貝爾化學獎，但過去能製成奈米晶體的材料種類相當有限。金屬氮化物由金屬與氮結合而成，具高硬度、生物相容性、耐熱與耐腐蝕等特性，氮化鎵更廣泛用於 LED 燈泡與筆電螢幕等照明與顯示應用。
難處在於，晶體成長過程離子必須反覆調換位置才能排進正確結構，而金屬氮化物鍵結太強韌，離子很難重排。論文通訊作者、芝加哥大學化學與分子工程講座教授 Dmitri Talapin 形容，鍵結若無法斷裂，對奈米晶體而言等於宣判死刑，一旦接錯就全盤皆輸。
團隊解法分成兩步驟。首先延續實驗室之前發現，以熔鹽為反應液相，穩定奈米晶體成長；接著反覆實驗，找出溫度與氨壓的最佳區間，讓金屬與氮之間的鍵結較容易斷開並重新接合。Talapin 指出，這套製程違反既有常識，必須徹底重新思考。
第一作者博士生 Ruiming Lin 表示，團隊做出近 12 種傳統方法無法合成的材料，除氮化鎵外，還包括醫療植入物用的氮化鈦、工業重要的超導體氮化鈮，以及常見觸媒氮化鉬，且成本相對低廉。
由於奈米晶體可混入高分子、以噴墨方式列印，或整合至紡織品，金屬氮化物有機會擺脫剛性薄膜的限制，走向軟性照明與可撓式電子產品。
A new recipe unlocks “impossible” nanocrystals for LEDs, implants, and superconductors
Chemists shrink gallium nitride, the material behind LED lighting, into nanocrystals
（首圖來源：Ruiming Lin / University of Chicago）