物理学家组织报道，美国能源部的一项新技术，解开了化学浴沉积的分子作用之谜，有助于开发更好控制和更精确的化学合成工艺。

　　X射线吸收近边结构（XANES： X-Ray Absorption Near Edge Structure）光谱是众所周知的一种通用而强大的技术，可检测任何物质的微观结构，从结晶固体到非结晶体材料，甚至液体。它极端敏感，可作为一个理想的工具，探测各种化学反应的动力学。

　　实验者使用的是美国能源部科学办公室阿格涅（Argonne）先进光子源，最近，他们演示了一项新的技术，也是有关XANES的，这项技术打开了一扇窗口，揭示了人们很少理解的一项技术，就是材料沉积技术。这些进展，将鼓励开发更好控制和更精确的化学合成技术，用以合成半导体和其他纳米材料应用，这项技术很有价值，根据演示，可以把XANES光谱学扩展到其他实验领域。

　　化学浴沉积(CBD：chemical bath deposition)广泛用于实验室和工业界，所创造的薄膜和纳米结构，可用于半导体和光伏电池，但它的实际分子作用，仍有些神秘。这有些限制了它的效用，精确裁制CBD产品是不可能的，因为没有一个清晰的认识，也就不能清晰地控制CBD的力学性能。德瑞索大学（Drexel University）和圣母大学（Notre Dame University）的科学家取得的成果，是首次详细考察了CBD怎样在分子水平上运作，他们使用了XANES光谱学，用以观察形成中的氧化锌纳米线。这项工作发表在2010年十月份的《材料化学》杂志上。

　　CBD始于一种水溶液，其化学前体中含有的成分，可形成所需的薄膜结构。但由于前体化学组分往往容易稀释在溶液中，因此，确认和分离它们，检测它们的活动，在沉积过程中就成为一项艰巨的挑战。“很难找到实验技术，来评估不同的物质，就是你需要测量的不同物质，”主要研究者，德瑞索大学的杰森·巴克斯特（Jason Baxter）说，“这引起一些人批评CBD，说它过于依赖组分，这样，它很难采取一种条件，而说在其它情况下会发生什么。”XANES证明是一扇理想的窗口，可以进入CBD程序。“它有很高的灵敏度，测量的组分可以很稀，”巴克斯特说。“所以，我们能够观察CBD，准确程度是人们之前不可能达到的。”

　　研究人员使硝酸盐（zinc nitrate）溶液和环六亚甲基四胺（HMTA： hexamethylenetetramine）处于不同的温度和压力，当然是放置在客户定制的微型反应器装置中，以诱导氧化锌纳米线生长，观察反应时采用的是XANES光谱学，就是材料研究合作使用小组(MR-CAT：Materials Research Collaborative Access Team)的光束线10-ID，就用的是先进光子源（Advanced Photon Source）。巴克斯特指出，一种独特的优点使XANES有益于前的工作：“它也有很好的时间分辨率，事实上，我们可以实时观察反应进程。每一分钟，我们都可以采用一套新数据，考察反应的动力学。”

　　有一个未解决的问题，研究者们都在探寻答案，就是HMTA在氧化锌CBD过程中的具体作用。以前的研究表明，HMTA可能分解成中间形态，提供原材料，形成氧化锌膜，也许甚至连接到溶液中的锌离子，或者，它的作用可能仅仅是一种酸碱度缓冲剂，用以促进反应。

　　这第一种观点来自XANES技术，它表明，HMTA加热时慢慢分解，释放出氢氧化物离子，与锌离子反应，形成氧化锌。这样缓慢释放氢氧化物，还有一种效应，就是尽可能地减少氧化锌饱和度，从而控制溶液pH值。

　　“HMTA释放氢氧化物，速度适宜，正好在临界线，在这一临界线，你主要是培育氧化锌，采用的培养基，沉淀最小，”水巴克斯特说。

　　研究小组观察到，生长的氧化锌纳米线，是出自硝酸盐和HMTA前体，温度90°C，两小时后就长出来，具有代表性的六角形横切面，直径300–500纳米。

　　他们也使用主成分分析(PCA)技术，获得定量数据，表现被测组分在CBD过程中的情况。这表明，氧化锌纳米线生长，始于直接结晶，是从前体材料结晶，不需要任何长寿的中间体。酸碱缓冲剂是由HMTA提供，有助于避免氧化锌在溶液中过量沉淀，实现可控制地生长纳米线结构。

　　这些新见解，探讨了CBD的机制，将鼓励开发控制更好和更精确的化学合成方法，用于半导体和其他纳米材料应用。

　　这项工作另外的价值，是证明可以扩展XANES光谱学到其他领域。

　　“我认为，这篇论文中更广泛运用的部分，实际上是把XANES光谱学应用到一个新的系统，”巴克斯特说。

　　他和他的研究小组计划扩展他们的工作，研究其他CBD化学和过程。“实际上，你可以看到，它生长时发生了什么，”他说。“这提供了许多信息，都是有关这个过程的。我认为，这就是令人兴奋的地方。”