加州大学尔湾分校的科学家发明了一种能给纳米级物体量体温的材料

2024年8月14日，加利福尼亚州尔湾市——加利福尼亚大学尔湾分校的科学家最近发现了一种一维纳米级材料，其颜色会随着温度的变化而变化。该团队的研究成果发表在《先进材料》上。

“我们发现可以制作出非常小且敏感的温度计，”加利福尼亚大学尔湾分校化学教授Maxx Arguilla说，他的研究小组主导了这项研究。“这是我们实验室产出的最具应用性和可转化性的作品之一。”

Arguilla将这些温度计比作“纳米级情绪戒指”，指的是会根据佩戴者体温变化颜色的首饰。但Arguilla表示，与仅仅进行定性温度测量不同，这些材料的颜色变化“可以经过校准，用于在纳米尺度上进行光学温度测量”。

“测量温度的需求很重要，因为许多生物和工业过程都依赖于跟踪微小的温度变化，”他补充道，“我们现在可能有可以试着刺入细胞中的温度计。”

据Arguilla小组的博士后学者Dmitri Cordova称，光学温度计还可以潜在地测量微电子和纳米电子（包括电路和数据存储设备）的温度并评估其效率。行业已经在使用光学温度计制造计算机组件，但Cordova表示，该团队开发的新材料“至少比现有材料敏感一个数量级”。

当Cordova和同事们在实验室中生长的晶体在纳米长度尺度上看起来像螺旋状的“弹簧玩具”时，取得了这一突破。他们最初生长这些晶体是为了对它们进行热应力测试，以观察晶体在何种温度下会解体。

Cordova和本科生研究员Leo Cheng注意到，晶体的颜色会根据温度系统地从黄色变为橙色。

然后，该团队对颜色对应的温度范围进行了精确测量，发现淡黄色对应大约-190摄氏度的温度，而红橙色对应大约200摄氏度的温度。

“我们花费了很多精力来确保测量结果的准确性，”Arguilla说。

为了获取材料的纳米级样本，实验室将一块胶带粘在块状晶体上，将其剥离，然后将粘在胶带上的纳米级样本转移到透明基板上。

“我们可以剥离这些结构，并将它们用作可以转移、重新配置和与其他材料或表面结合的纳米级温度计，”Arguilla说。

Arguilla解释说，这一发现是发现能够在纳米尺度上进行温度测量的新型材料类别的第一步。

接下来，他的实验室计划测试其他纳米级材料，以开发能够测量更宽温度范围的温度计。

“我们现在正在尝试破解材料设计规则，以制造出更敏感的材料，”Arguilla说。“我们正在努力打开从块状尺度到纳米尺度的光学温度计工具箱。”

共同作者包括Yinong Zhou、Griffin M. Milligan、Leo Cheng、Tyler Kerr、Joseph Ziller和Ruqian Wu。该研究获得了美国国家科学基金会通过加利福尼亚大学尔湾分校MRSEC复杂和活性材料研究中心（奖项编号：DMR-2011967）的资助。

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