自組裝就是基本結構單元自發形成有序結構，例如樹葉上的水滴，自然形成一個光滑、彎曲的表面，這種結構就是光學透鏡所需要的形狀，不過，並不是所有自組裝的材料在其最終形狀中都具有有用的功能。如果自組裝材料都能夠自發排列成適合其應用的形狀，那就是非常有用的，例如，一種催化劑可以最大限度地增加自己的表面積以提高效率，或者一種微型執行器可以形成附屬物以抓住附近的物體。
最近，荷蘭原子和分子物理學研究所的研究人員發現，離子交換能夠將自組裝過程與產生的材料分開。研究結果於11月16日發表在《Advanced Materials》上，並在《Nature》和《Nature Reviews Materials》上進行了重點報導。
研究團隊一開始使用的納米複合材料由嵌入在二氧化矽(SiO2)基質中的碳酸鋇(BaCO3)納米晶體組成，並將這些納米晶體轉化為硫化鎘(CdS)。首先，他們建立了一條路線，可重複地將納米複合材料轉化為這種最終材料，同時研究了納米複合材料在離子交換過程中的特性。通過電子顯微鏡和X射線衍射的分析，該團隊了解到一些不一樣的東西：BaCO3納米晶體的小尺寸使它們特別容易受到離子交換反應的影響，而周圍的SiO2基體則提供了機械穩定性，在轉換過程中保持了原始納米複合材料的形狀。這就像在保持整體結構不變的情況下，換掉了房子的部分磚塊。
基於這些研究，開發了新的路線來改變納米複合材料的成分，使其成為各種鎘、鐵、鎳和錳鹽。此外，原納米複合材料的形狀可以選擇大量的預設形狀。所有這些形狀都可以轉換為上述任何一種成分。因此，不僅可以轉換納米複合材料，而且還有多種材料和形狀可以互換選擇。
最後，研究小組探討了這種新方法的潛在應用。例如，他們發現含鎳納米複合材料可以作為幹法重塑工藝的催化劑，在低溫下的性能優於傳統催化劑。此外，該團隊還合成了形狀控制的磁鐵礦（Fe3O4）納米複合材料，可以利用其磁性特性進行移動和重新定向。最後，他們利用其中一個離子交換反應過程中引入的靈活性與二氧化矽基體的收縮特性相結合，創造了電子束激活的微動器。簡而言之，他們發現了保持形狀的離子交換反應，為實現具有各種新型功能特性的自組裝材料開闢了新的途徑。
論文標題為《ShapePreserving Chemical Conversion of Architected Nanocomposites》。