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科技日?qǐng)?bào)記者 吳長(zhǎng)鋒

記者17日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校物理學(xué)院彭晨暉教授團(tuán)隊(duì)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。研究成果日前發(fā)表于《美國(guó)科學(xué)院院刊》。

中國(guó)科大供圖

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，膠體顆粒可以被靈活地?fù)炱稹⑦\(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，控制它們運(yùn)輸?shù)姆较蚝头绞剑热缙揭啤⒁皂槙r(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。

研究過(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)。

研究人員表示，這項(xiàng)研究不但闡明了如何利用預(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，同時(shí)也為設(shè)計(jì)智能復(fù)合材料開(kāi)辟了新方向。