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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
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宋延林課題組在氣泡印刷精準控制非對稱顆粒取向組裝方面取得新進展
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宋延林課題組在氣泡印刷精準控制非對稱顆粒取向組裝方面取得新進展 2023-02-03 | 編輯：lry | 【大 中 小】【打印】【關閉】 自LB薄膜技術發(fā)明以來，流體界面組裝技術被認為是制備高精度長程有序薄膜的有效方法，并具有應用于圖案化先進集成器件制造的潛力。如何快速產生流體界面抑制體相競爭組裝，并強化流體限域作用抑制界面處無序運動，是圖案化流體界面組裝中的關鍵問題。另一方面，以Janus納米顆粒（JNPs）為代表的高分子-膠體雜化材料具有豐富的形狀/功能可編程性，在制備新型光電器件上具有廣泛應用前景。然而，形態(tài)不對稱性所帶來的熵效應使得其進行長程有序的定向組裝和器件制造面臨巨大挑戰(zhàn)。 在科技部、國家自然科學基金委、北京分子科學國家研究中心、中國科學院的支持下，化學所綠色印刷院重點實驗室宋延林課題組近期利用雪人型Janus顆粒為非對稱雙親性模型體系，提出了一種氣泡驅動的快速準一維圖案化界面策略，實現了Janus單顆粒取向可控（同軸或異軸）長程有序組裝與圖案化。研究發(fā)現，模板化氣泡的快速形成在動力學上有利于界面定向，而弧形液橋中封閉的準一維界面可以約束顆粒的無序旋轉，產生遠距離的良好定向Janus單顆粒鏈。同時，蒸發(fā)過程中顆粒的界面取向可以轉移到干燥后的組裝結構中，通過調節(jié)Janus顆粒兩親性與表面活性劑可以調控組裝結構取向。Zeta電位測試和表面張力測試表明，“疏水-親水”微結構保證了界面直立取向而導致異軸組裝，“親水-親水”微結構保證了界面平躺取向而導致了同軸組裝。理論分析表明，快速形成的準一維界不僅在動力學上對顆粒的界面取向行為至關重要，還是組裝體系在蒸發(fā)過程中維持有序性的關鍵因素。他們進一步研究了取向結構的光學各向異性，并利用其差異化的光散射偏振依賴性分別構建了“與”門和“或”門邏輯器件。 該工作是喬雅麗/宋延林團隊利用氣泡模板印刷策略（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 16547；InfoMat, 2022, 4, e12323；Sci. Sin. Chin., 2022, 52, 209；Nano Energy, 2021, 89, 106384）實現圖案化集成器件與高精度組裝制造的最新研究進展之一。這項工作證明了氣泡模板在構筑準一維圖案化界面與實現可控取向組裝方面的巨大潛力，并顯示了不對稱Janus顆粒的定向組裝超結構在構建新型光電器件方面的廣闊前景。該研究成果近日發(fā)表在J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 4, 2404–2413，文章第一作者是博士生高杰，通訊作者是化學所喬雅麗研究員、宋延林研究員和清華大學楊振忠教授。 圖1. 氣泡驅動快速準一維界面策略構建Janus顆粒長程取向可控組裝體 圖2. Janus顆粒長程有序組裝體取向依賴的偏振光散射性質 綠色印刷院重點實驗室 2023年2月3日 |
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