在化学中，胶体（Colloid）是一种均匀混合物，是非均相的，含有两种不同状态的物质，一种分散相，另一种连续相。分散相可以是由许多原子或分子（10^3-10^6个）组成的有界面的粒子，大小（直径）介于1nm到nm之间。胶体不一定都是胶状物，也不一定是液体。
胶体钻石，英语：ColloidalDiamond，是一种稳定的、自组装形式的微小材料的金刚石结构。自年代以来，胶体钻石一直是研究人员的梦想，它可以使光波在计算中像电子一样有用，并有望在其他许多应用中使用。胶体钻石的想法是几十年前提出的，但是过去没有人能够可靠地生产出这种结构。
现在，科学家们设计出了一种新的方法来使胶体可靠地自组装成金刚石结构，从而可以廉价、可扩展地制造这种结构。该最新研究发现论文，题为：“胶体钻石”，发表在今天的《自然》杂志上。
论文第一作者何明昕（MingxinHe），为纽约大学的中国博士后研究人员。论文作者还有前纽约大学化学研究生、现宾夕法尼亚大学的中国博士生贡哲（ZheGong）。
论文主导、纽约大学物理学教授、戴维·派恩（DavidPine）领导的研究人员设计出这种新的方法，以可靠地自组装成金刚石形式的胶体，从而可以实现廉价，可扩展的生产这种结构的制造，它可为高效的光学电路打开一扇大门，使光学计算机和激光器、滤光片的生产比以往任何时候都更可靠、更便宜。
这些材料由比人的头发直径小数百倍的球形组成，可以根据球形之间的连接方式以不同的晶体形状排列。每个胶体与另一种胶粘分子通过在胶体表面上的DNA链粘合，这种DNA链起到一种分子的维尼龙搭扣的作用。当胶体在液浴中相互碰撞时，DNA断裂和胶体连接在一起。根据DNA连接到胶体的位置，它们可以自发形成复杂的结构。
此过程已被用来创建胶体串，甚至以立方形式形成胶体。但是，这些结构并未产生光子学的可见光的带隙。就像半导体会滤除电路中的电子一样，带隙也会滤除某些波长的光。如果胶体以金刚石形式排列，则可以通过胶体可靠地实现以这种方式过滤光，这种方法过去被认为太困难且昂贵，以至于无法在商业规模上进行。
派恩说：“工程师们非常渴望制造出钻石结构。”“大多数研究人员已经放弃了，事实上，我们可能是世界上仍在研究这一问题的唯一研究小组。因此，我认为该论文的发表将使整个研究学界感到意外。”
研究人员发现，他们可以使用空间互锁机制，该机制会自发产生必要的交错键，从而使这种结构成为可能。当这些金字塔状胶体彼此接近时，它们以必要的方向连接以生成菱形。这种机制使胶体无需外部干预即可自行构造自身结构，而不是通过使用纳米机械来经历艰苦而昂贵的构建这些结构的过程。此外，即使去除了形成的液体，金刚石结构也是稳定的。
这项发现是因为研究人员注意到合成的金字塔状胶体的一个不寻常特征，提出了将这些结构联系起来的所有方式。当他们碰巧遇到一个特定的相互联系的结构时，他们意识到自己已经找到了正确的方法。研究人员说：“在创建所有这些模型之后，我们立即看到我们已经创建了钻石。”
美国陆军作战能力发展司令部的陆军研究实验室（ARO）项目经理EvanRunnerstrom博士评价说，“该研究成果对第一个自组装胶体金刚石晶格的长期寻求证明，将为国防部重要技术带来新的研发机会，这些技术可受益于3D光子晶体”。
他解释说，未来的潜在进展包括减轻重量和对精密传感器和定向能量系统的能量需求的高效激光器的应用，精确控制3D集成光子电路的光或光学签名管理。
“我对这个结果感到很兴奋，因为它很好地说明了美国陆军作战能力发展司令部的陆军研究实验室的材料设计计划的中心目标：支持高风险、高回报的研究，从而解锁了自下而上的途径来创建以前不可能制造的非凡材料。”
参考：MingxinHeetal,Colloidaldiamond,Nature.DOI:10./s---6
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