我國學(xué)者發(fā)現(xiàn)光驅(qū)動可編程膠體自組裝新機制

  ICC訊 記者17日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校物理學(xué)院彭晨暉教授團隊，利用光驅(qū)動偶氮苯分子的協(xié)同效應(yīng)誘導(dǎo)液晶分子的集體運動及重新排列，同時引發(fā)向列相中向錯線的時空演變，從而實現(xiàn)了膠體顆粒的集體傳遞和可重構(gòu)自組裝。研究成果日前發(fā)表于《美國科學(xué)院院刊》。

  液晶是一類分子取向長程有序的各向異性材料，其在顯示、感應(yīng)、光子器件等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。研究團隊首先利用自搭建的裝置，通過預(yù)設(shè)計的方式控制偶氮苯分子機器排列，從而控制液晶微結(jié)構(gòu)自組裝，并制備了可編程控制的向錯線網(wǎng)絡(luò)。在光驅(qū)動作用下，偶氮苯分子機器的協(xié)同作用引起襯底表面液晶微結(jié)構(gòu)分子取向的變化，從而引發(fā)樣品內(nèi)部向錯網(wǎng)絡(luò)的群體動力學(xué)形態(tài)變化。如果將膠體顆粒置于此遠離平衡態(tài)的系統(tǒng)中，隨著光驅(qū)動向錯線網(wǎng)絡(luò)的形變，膠體顆粒可以被靈活地撿起、運輸和重新組裝。不僅如此，膠體自組裝的集體運輸和重組還可以通過控制照射光的偏振方向，控制它們運輸?shù)姆较蚝头绞?，比如平移、以順時針方向或者逆時針方向旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)了微米尺度膠體顆粒的可編程自組裝。

  研究過程中，研究團隊還闡明了，預(yù)設(shè)計的拓撲缺陷如何控制膠體顆粒在向錯線上的運動機制，此機制由液晶局部預(yù)設(shè)計的展開和彎曲形變的彈性特性來決定。因此，此光驅(qū)動可編程膠體自組裝的物理機制在于，通過光照使納米尺度的分子機器進行協(xié)同重組，利用分子機器與液晶分子的相互作用控制納米尺度液晶分子取向的變化。由于液晶分子具有長程有序的特性，引發(fā)表面宏觀尺度液晶分子取向的變化。此宏觀變化進一步通過表面錨定驅(qū)動樣品內(nèi)部液晶微結(jié)構(gòu)的變化，從而實現(xiàn)了宏觀尺度的向錯線網(wǎng)絡(luò)和膠體自組裝的重構(gòu)。

  研究人員表示，這項研究不但闡明了如何利用預(yù)設(shè)計的拓撲缺陷和遠離平衡態(tài)的向錯線網(wǎng)絡(luò)控制可編程膠體自組裝的新機制，同時也為設(shè)計智能復(fù)合材料開辟了新方向。