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宋延林課題組在氣泡印刷精準(zhǔn)控制非對稱顆粒取向組裝方面取得新進(jìn)展
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宋延林課題組在氣泡印刷精準(zhǔn)控制非對稱顆粒取向組裝方面取得新進(jìn)展 2023-02-03 | 編輯:lry | 【大 中 小】【打印】【關(guān)閉】 自LB薄膜技術(shù)發(fā)明以來,流體界面組裝技術(shù)被認(rèn)為是制備高精度長程有序薄膜的有效方法,并具有應(yīng)用于圖案化先進(jìn)集成器件制造的潛力。如何快速產(chǎn)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(guān)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(yīng)用前景。然而,形態(tài)不對稱性所帶來的熵效應(yīng)使得其進(jìn)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(xué)基金委、北京分子科學(xué)國家研究中心、中國科學(xué)院的支持下,化學(xué)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(qū)動的快速準(zhǔn)一維圖案化界面策略,實現(xiàn)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(xiàn),模板化氣泡的快速形成在動力學(xué)上有利于界面定向,而弧形液橋中封閉的準(zhǔn)一維界面可以約束顆粒的無序旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生遠(yuǎn)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(zhuǎn)移到干燥后的組裝結(jié)構(gòu)中,通過調(diào)節(jié)Janus顆粒兩親性與表面活性劑可以調(diào)控組裝結(jié)構(gòu)取向。Zeta電位測試和表面張力測試表明,“疏水-親水”微結(jié)構(gòu)保證了界面直立取向而導(dǎo)致異軸組裝,“親水-親水”微結(jié)構(gòu)保證了界面平躺取向而導(dǎo)致了同軸組裝。理論分析表明,快速形成的準(zhǔn)一維界不僅在動力學(xué)上對顆粒的界面取向行為至關(guān)重要,還是組裝體系在蒸發(fā)過程中維持有序性的關(guān)鍵因素。他們進(jìn)一步研究了取向結(jié)構(gòu)的光學(xué)各向異性,并利用其差異化的光散射偏振依賴性分別構(gòu)建了“與”門和“或”門邏輯器件。 該工作是喬雅麗/宋延林團(tuán)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(xiàn)圖案化集成器件與高精度組裝制造的最新研究進(jìn)展之一。這項工作證明了氣泡模板在構(gòu)筑準(zhǔn)一維圖案化界面與實現(xiàn)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(jié)構(gòu)在構(gòu)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(xué)所喬雅麗研究員、宋延林研究員和清華大學(xué)楊振忠教授。 圖1. 氣泡驅(qū)動快速準(zhǔn)一維界面策略構(gòu)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(zhì) 綠色印刷院重點實驗室 2023年2月3日 |

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