自LB薄膜技術(shù)發(fā)明以來(lái)，流體界面組裝技術(shù)被認(rèn)為是制備高精度長(zhǎng)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(jìng)爭(zhēng)組裝，并強(qiáng)化流體限域作用抑制界面處無(wú)序運(yùn)動(dòng)，是圖案化流體界面組裝中的關(guān)鍵問(wèn)題。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頗具應(yīng)用前景。然而，形態(tài)不對(duì)稱性帶來(lái)的熵效應(yīng)使其進(jìn)行長(zhǎng)程有序的定向組裝和器件制造面臨挑戰(zhàn)。  

　　近期，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所綠色印刷院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋延林課題組與清華大學(xué)教授楊振忠合作，利用雪人型Janus顆粒為非對(duì)稱雙親性模型體系，提出了氣泡驅(qū)動(dòng)的快速準(zhǔn)一維圖案化界面策略，實(shí)現(xiàn)了Janus單顆粒取向可控（同軸或異軸）長(zhǎng)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(dòng)力學(xué)上利于界面定向，而弧形液橋中封閉的準(zhǔn)一維界面可以約束顆粒的無(wú)序旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生遠(yuǎn)距離的良好定向Janus單顆粒鏈。同時(shí)，蒸發(fā)過(guò)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(guò)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(cè)試和表面張力測(cè)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)致同軸組裝。理論分析表明，快速形成的準(zhǔn)一維界在動(dòng)力學(xué)上對(duì)顆粒的界面取向行為頗為重要，也是組裝體系在蒸發(fā)過(guò)程中維持有序性的關(guān)鍵因素。該工作進(jìn)一步探討了取向結(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(mén)和“或”門(mén)邏輯器件。  

　　該成果是喬雅麗/宋延林團(tuán)隊(duì)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(shí)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。該工作證明了氣泡模板在構(gòu)筑準(zhǔn)一維圖案化界面與實(shí)現(xiàn)可控取向組裝方面的潛力，并顯示了不對(duì)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。 

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上。研究工作得到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金、北京分子科學(xué)國(guó)家研究中心、中科院的支持。 

圖1.氣泡驅(qū)動(dòng)快速準(zhǔn)一維界面策略構(gòu)建Janus顆粒長(zhǎng)程取向可控組裝體 

圖2.Janus顆粒長(zhǎng)程有序組裝體取向依賴的偏振光散射性質(zhì)