中國(guó)科大發(fā)現(xiàn)光驅(qū)動(dòng)可編程膠體自組裝新機(jī)制
2016年設(shè)計(jì)和合成分子機(jī)器的工作被授予諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。如何利用分子機(jī)器的協(xié)同作用驅(qū)動(dòng)微觀尺度物體的集體運(yùn)動(dòng)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院彭晨暉教授團(tuán)隊(duì)結(jié)合光驅(qū)動(dòng)分子馬達(dá)與向列相液晶分子具有長(zhǎng)程有序和取向可控的特點(diǎn)，利用光驅(qū)動(dòng)偶氮苯分子的協(xié)同效應(yīng)誘導(dǎo)液晶分子的集體運(yùn)動(dòng)及重新排列，同時(shí)引發(fā)向列相中向錯(cuò)線的時(shí)空演變，從而實(shí)現(xiàn)了膠體顆粒的集體傳遞和可重構(gòu)自組裝。該團(tuán)隊(duì)闡明了如何利用預(yù)設(shè)計(jì)的拓?fù)淙毕莺瓦h(yuǎn)離平衡態(tài)的向錯(cuò)線網(wǎng)絡(luò)控制可編程膠體自組裝的新機(jī)制。這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)智能復(fù)合材料開(kāi)辟了新方向，此項(xiàng)工作通過(guò)直投方式于2023年4月12日以“Collective transport and reconfigurable assembly of nematic colloids by light-driven cooperative molecular reorientations”為題發(fā)表于美國(guó)科學(xué)院院刊（Proceedings of National Academy of Sciences of the United States of America）。 "K`B'/ 08^
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液晶是一類(lèi)分子取向長(zhǎng)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(tuán)隊(duì)首先利用自搭建的裝置通過(guò)預(yù)設(shè)計(jì)的方式控制偶氮苯分子機(jī)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(cuò)線網(wǎng)絡(luò)。在光驅(qū)動(dòng)作用下，偶氮苯分子機(jī)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(cuò)網(wǎng)絡(luò)的群體動(dòng)力學(xué)形態(tài)變化。如果將膠體顆粒置于此遠(yuǎn)離平衡態(tài)的系統(tǒng)中，隨著光驅(qū)動(dòng)向錯(cuò)線網(wǎng)絡(luò)的形變，膠體顆�？梢员混`活地?fù)炱�、運(yùn)輸和重新組裝。不僅如此，膠體自組裝的集體運(yùn)輸和重組還可以通過(guò)控制照射光的偏振方向，控制他們運(yùn)輸?shù)姆较蚝头绞�，比如平移、以順時(shí)針?lè)较蚧蛘吣鏁r(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了微米尺度膠體顆粒的可編程自組裝。 Ol:&cX3G
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在此過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)還闡明了預(yù)設(shè)計(jì)的拓?fù)淙毕萑绾慰刂颇z體顆粒在向錯(cuò)線上的運(yùn)動(dòng)機(jī)制，此機(jī)制由液晶局部預(yù)設(shè)計(jì)的展開(kāi)和彎曲形變的彈性特性來(lái)決定。因此，此光驅(qū)動(dòng)可編程膠體自組裝的物理機(jī)制在于，通過(guò)光照使納米尺度的分子機(jī)器進(jìn)行協(xié)同重組，利用分子機(jī)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(zhǎng)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(jìn)一步通過(guò)表面錨定驅(qū)動(dòng)樣品內(nèi)部液晶微結(jié)構(gòu)的變化，從而實(shí)現(xiàn)了宏觀尺度的向錯(cuò)線網(wǎng)絡(luò)和膠體自組裝的重構(gòu)。 Wm4@+ }
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圖1.光驅(qū)動(dòng)可編程膠體自組裝 ex7zg!
這項(xiàng)工作中，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)特任研究員蔣景華博士，香港科大王馨玉博士，孟菲斯大學(xué)Oluwafemi Akomolafe為本文共同第一作者。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)彭晨暉教授和香港科大張銳教授為本文共同通訊作者。 xRW~xr2h@
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論文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2221718120
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