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柔性石墨

  图1.(a)SML的经过示妄图。(b)通过SML取得的取向布局的示妄图。

  水动作常睹的液体,其分子处于迅疾运动之中。“抽刀断水水更流”、“逝者如斯夫,不舍日夜”、“人不行两次踏进统一条河道”等古语哲言都地步地描画了液体的滚动性。因为液体里的分子自正在运动较速、宽容时刻很短,要正在液体里杀青无需外场安静的自正在印刷或雕塑,修建肯定的图案,是极难的。今天,浙江大学高分子系高明传授、许震考虑员团队正在水溶液液晶里杀青了严密印刷,制备出安静的立体图案。假使溶液的含水量正在99.5%以上,图案能够像固态晶体和超资料相通具有安静的长周期有序性,作家将其界说为超液晶或液体超晶体 (Liquid Metacrystal)。

  进一步地考虑觉察:正在氧化石墨烯液晶系统中,通过采选适宜的浓度边界,能够使由SML取得的可控取向布局不依赖于外场,独立安静存正在,取得了同时具有取向有序性和肯定的位子有序性的氧化石墨烯超液晶(图2)。这一觉察粉碎了古代液晶资料大凡只具有取向有序性而没有位子有序性的理解,为进一步考虑液晶物理学和液晶资料的使用带来了新的思绪。考虑职员指出:氧化石墨烯超液晶是一种榜样的动力学安静性布局,重要寄托石墨烯片超大的排斥体积所导致的雄伟的分子运动能垒而杀青,与现有的绝大一面热力学安静的液晶取向布局有着本色的差异(图3)。

  其它,考虑职员还对这一超液晶的后续布局演化和使用举办了进一步地找寻。考虑觉察,超液晶中的取向布局正在干燥经过中会爆发重排折叠的构象变化经过,并最终变成相仿与山脊体式的褶皱布局。基于这一觉察,考虑职员使用氧化石墨烯超液晶制备出了具有图案化褶皱布局的氧化石墨烯膜,杀青了对氧化石墨烯膜力学、电学机能的有用调控(图5)。

  图4.(a,b)具有繁杂图案及文字的氧化石墨烯超液晶。(c)分层拼装制备的具有莫尔条纹的氧化石墨烯超液晶。(d)具有三维布局的氧化石墨烯超液晶。

  今天,浙江大学高明(配合通信)、许震(配合通信)团队正在前期职业的本原上,采用了一种全新的剪切微印刷术(Shearing Microlithography, SML)杀青了对氧化石墨烯液晶内部取向布局的高效高精度调控。同时,考虑职员还将这一本领进一步地拓展到了众种胶体液晶系统中,使得SML有潜力成为一种普适性的调控液晶取向的工夫。本文亮点包含:(1)初次正在低粘度的液体里杀青了安静的直写印刷,觉察液晶的宽容时刻与相变化举动直接合连,翻开了液晶直印图案的新思绪;(2)发懂得液体剪切微印刷术,并与3D打印编程筑设相连接,杀青了液晶取向布局的三维自正在操控;(3)提出液体超资料和超液晶的观点,将胶体液晶和超资料及准晶相连接,创造出具有众种对称布局的超液晶资料。

  图3.(a,c)氧化石墨烯的液晶相变。(b,d,e)差异浓度氧化石墨烯液晶的宽容举动。

  合连收获公告正在Nature Communications上,论文的配合第一作家为高明团队的博士生姜炎秋和郭凡。论文取得了邦度重心研发安排、邦度自然科学基金委等合连经费的资助。

  得益于3D打印工夫可自正在编程的特征,考虑职员还使用SML工夫制备出了具有安静的微米级图案的氧化石墨烯超液晶。并通过分层拼装、转移探针角度等格式杀青了具有众层布局和三维布局的氧化石墨烯超液晶,进一步拓展了SML工夫的使用边界(图4)。

  图2.(a,b)具有榜样Bravais晶格的氧化石墨烯超液晶。(c)超液晶基元示妄图。(d-g)具有准晶晶格的氧化石墨烯超液晶。

  图5.(a)超液晶布局单位正在干燥经过中的转折。(b-d)超液晶布局单位干燥后的布局。(e-k)超液晶布局对氧化石墨烯膜力学机能的影响。

  液晶兼具液体的滚动性和固体的一面有序性,是一类介于固体与液体之间的中央相。液晶资料广博存正在于各式自然资料与人制资料中,正在显示屏、传感器、智能弹性资料等规模都有着广博的使用,而对待液晶资料而言,调控其内部的取向有序布局是考虑液晶外面和调动液晶资料机能的枢纽。可是,人工引入的取向有序布局会正在液晶中惹起很大的弹性畸变,从而使这些布局正在能量上很担心静,必需寄托外加的刺激,如电场、磁场、基底的外貌锚定效应等来坚持,念要取得正在自正在形态下安静存正在的取向有序布局还没有有用的本领。氧化石墨烯动作一种榜样的二维资料,正在良溶剂中抵达肯定的浓度今后,会自觉变成向列相液晶。液晶相的存正在为氧化石墨烯拼装成宏观资料带来极大的容易,而调控氧化石墨烯液晶中石墨烯片的取向则对石墨烯拼装体的机能有着很大的影响。现有的调控本领大凡是采用高强度的电场、磁场或激光来杀青的,可是这些本领能耗高、精度差、效劳低,并且这些取向布局的安静性也依赖于外场来坚持,这些都极大地节制了石墨烯液晶资料的使用。

  液晶资料动作一种各向异性资料,对众种外界刺激如:电场、磁场、激光、剪切力等都有着各项异性的反映。基于液晶资料的这一特色,考虑职员提出了SML的本领:行使机器臂职掌微米级的探针正在液晶中举办可控运动,从而出现剪切场,再使用液晶资料对剪切场的各向异性反映来杀青对液晶基元的取向调控(图1)。比拟于现有的其他工夫(如:电磁场、激光、基底外貌图案化等),SML是通过剪切力来杀青对液晶基元的取向,不须要能耗极大的电磁场的辅助,临蓐本钱低。同时,SML工夫流程简易敏捷、便于操作,对取向布局的调控精度高,合用系统广,具有很好的使用前景。