物理與光電工程學(xué)院李寶軍/辛洪寶教授團(tuán)隊(duì)在Advanced Materials發(fā)表論文
暨南大學(xué)融媒體中心訊 近日，物理與光電工程學(xué)院（理工學(xué)院）李寶軍/辛洪寶教授團(tuán)隊(duì)在膠體顆粒四維圖案化組裝研究方面取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)基于多物理場操控原理，研究出一種用于膠體顆粒圖案化組裝的自適應(yīng)光、熱、流體協(xié)同操控方法，該成果以“Adaptive opto-thermal-hydrodynamic manipulation and polymerization (AOTHMAP) for 4D colloidal patterning”為題發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials。納米光子學(xué)研究院助理教授史陽為論文第一作者，李寶軍教授和辛洪寶教授為論文共同通訊作者。
膠體圖案化組裝是一種能夠創(chuàng)建具有尺寸可控、形狀可調(diào)和組份可定制的2D或3D結(jié)構(gòu)的方法，在軟物質(zhì)物理、材料科學(xué)、智能制造、光電子、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來，4D膠體圖案化組織因能夠創(chuàng)建隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)而備受關(guān)注，因?yàn)檫@種方法不僅能夠在空間精確控制膠體顆粒的排列，還能使排列的結(jié)構(gòu)根據(jù)周圍環(huán)境的變化而實(shí)時(shí)演變，具有動(dòng)態(tài)可編程特性。然而，傳統(tǒng)的基于電、磁、聲等單物理場的膠體圖案化方法通常空間分辨率低、相互作用復(fù)雜、難以精確操控單個(gè)膠體顆粒，這些問題在構(gòu)建少量膠體顆粒或復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)尤為突出。盡管基于光力的圖案化組裝方法在一定程度上改善了這些問題，但在粒子的運(yùn)輸和固定過程中仍需額外步驟，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性并降低了圖案化組裝效率。
針對單物理場方法在膠體圖案化組裝中存在的問題，該團(tuán)隊(duì)提出了基于多物理場的光、熱、流體協(xié)同操控方案，用單激光束的光熱效應(yīng)產(chǎn)生同軸自然對流，將大范圍內(nèi)膠體顆粒高效地輸送至光軸附近，然后，通過光與顆粒動(dòng)量交換所產(chǎn)生的梯度力和散射力完成對顆粒的精準(zhǔn)定位。一旦顆粒精準(zhǔn)定位后，其球形結(jié)構(gòu)聚焦光束，從而產(chǎn)生局域化的光子納米噴流，進(jìn)一步加快了表面水凝膠的聚合和顆粒的快速固定。這種方法能夠根據(jù)顆粒的實(shí)時(shí)狀態(tài)，自適應(yīng)地切換到最合適的物理場，不僅大幅提高了顆粒圖案化組裝的速度和自動(dòng)化程度，還降低了對操作環(huán)境的要求，顯著簡化了操作的復(fù)雜性。這種方法的優(yōu)勢在于能構(gòu)建具有環(huán)境響應(yīng)和動(dòng)態(tài)重構(gòu)能力的膠體結(jié)構(gòu)，使其根據(jù)不同的環(huán)境刺激智能響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)4D圖案化組織，極大增強(qiáng)了系統(tǒng)的功能和適應(yīng)性。該方法不僅為膠體顆粒圖案化組裝提供了解決方案，還將有助于智能制造、光電集成和生物制造等功能化器件的制備以及生物微馬達(dá)構(gòu)建等。
自適應(yīng)光、熱、流體協(xié)同操控實(shí)現(xiàn)膠體顆粒四維圖案化的示意圖
論文鏈接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202412895
責(zé)編：蘇倩怡