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原子與納米粒子之間的橋樑：納米集群有何獨特之處？
在納米科技的迅速發展中，納米集群被認為是連接原子和納米粒子的關鍵材料。這些原子精確的結晶材料在0-2納米的尺度上存在，並且在合成較大材料（如半導體和金屬納米晶體）過程中被視為動力學穩定的中間體。大多數針對納米集群的研究集中在其晶體結構的表徵及其在較大材料的成核和生長機制中的作用。
材料可以分為三種不同的區域，即塊狀材料、納米粒子和納米集群。
塊狀金屬一般被認為是良好的導電體和光學反射體，而金屬納米粒子則因表面 plasmon 共振而顯示強烈的顏色。然而，當金屬納米集群的尺寸進一步減小，形成一個納米集群時，帶結構變得不連續，並分解為離散的能級，與分子的能級相似。這使得納米集群具備了類似單一分子的特性，不再呈現 plasmon 性質，這也使得納米集群被稱為原子和納米粒子之間的橋樑，或可稱為分子納米粒子。
納米集群的歷史
穩定的納米集群，如巴克敏斯特富勒烯（C60），據說在早期宇宙中就已經形成。回顧過去，第一組發現的納米集群離子是1930年代研究的 Zintl 相。1950至1960年代，第一組有意識地形成納米集群的實驗開始進行。當時，通過超音速擴展的分子束在低溫下產生納米集群。激光蒸發技術的發展使得幾乎所有元素的納米集群均能生產，而自1980年代以來，半導體元素、化合物集群和過渡金屬納米集群方面的研究蓬勃發展。亞納米金屬集群通常包含少於10個原子的金屬，在尺寸上小於一納米。
金屬納米集群的大小與原子數
納米集群的能級間距可依據日本數學物理學家久保良吾的預測進行計算。其中，EF代表費米能量，N則為原子數。由於量子限制，納米集群的行為變得更加顯著。我們了解到，不是所有的集群都是穩定的，納米集群的穩定性取決於集群中的原子數、價電子計數和包裹框架。
1990年代，Heer和他的研究團隊利用超音速擴展的原子集群來源在惰性氣體的環境中產生原子集群束。他們發現某些形成的金屬納米集群具有魔法集群的穩定性，其原子數或核心大小對應於原子殼層的關閉。
合成與穩定性
納米集群可以在固體狀態或水相環境中合成。固態中使用的分子束可以用於創建幾乎任何元素的納米集群束。在高真空下，通過結合分子束技術和質量選擇的質譜儀，對納米集群進行分離和分析。以種子超音速噴嘴等不同的聚集源，進一步生成納米集群。水相中的納米集群合成通常涉及金屬離子的還原及其穩定。
在水相中，金屬納米集群的合成一般分為兩個步驟：將金屬離子還原為零價狀態及穩定納米集群。
納米集群的性質
納米集群展現出獨特的磁性、反應性及光學性能。由於大面積對體積比和低的表面原子配位，納米集群在催化反應中顯示出卓越的性能。金屬納米集群的析出和發光特性使其成為生物成像及感測應用的理想選擇。
結論
納米集群的形成及其獨特性使其成為連接原子與納米粒子之間的關鍵橋樑。在未來的納米科技應用中，這些微小而強大的結構將如何影響科學與技術的發展？
