Nat. Commun.: 哑铃状胶体的液晶行为及手性蓝相的观察

元催化

2022-09-28

胶体液晶是一类新兴的软材料，它自然地结合了液晶分子和胶体粒子的独特特性。与分子LC相比，胶体基LC材料具有热稳定性、价格低廉且对外部场（包括剪切场、电场和磁场）具有更高的敏感性，这使得它们在广泛的应用中具有吸引力。哑铃形胶体 (DBC) 的特点是在球形尖端之间具有独特的凹腔和独特的堆积行为，使其成为功能性光学材料的构建块。由DBC形成的胶体LC将能够在单粒子水平上可视化具有扭曲/双扭曲结构的手性/BP，从而为手性如何从非手性构建块中产生提供新的见解。然而，迄今为止尚未通过实验探索 DBC的凹面几何形状决定其LC相行为的方式。

近日，吉林大学化学学院的杨扬、吕中元以及复旦大学高分子系的聂志鸿等人证明了非手性哑铃形胶体可以组装成多种特征液晶相，包括具有锁定结构的向列相、近晶相，特别是双扭曲手性柱对蓝相III的实验观察。实验和模拟的相图表明，不同液晶相的存在和稳定区域强烈依赖于哑铃形胶体的几何参数。这项工作为光子应用蓝相的设计和构建开辟了一条新途径。

本文要点：

（1）本文系统地研究了哑铃形分子的胶体类似物，即所谓的DBCs的相行为。实验和模拟结果均证实R_D和R_L对于细观有序相的形成至关重要。实验结果表明，R_D为1.0-1.8和 R_L为0.1-1.8 的DBC可以组装成各种LC相，包括BP III、N2、N1和SmA相。发现相变的阶段和开始强烈依赖于DBC的R_D和R_L。

（2）布朗动力学模拟用于进一步建立 DBC的几何形状和相形成之间的相关性。仿真结果与实验数据吻合较好，为今后复杂介晶系统的设计提供了理论依据。此外，实验表明胶体 LC 相可以通过控制DBC与磁场的方向来动态调整。这项工作提供了对不同形状粒子设计所需规则的见解，以实现具有更高复杂性和所需刺激响应电子和光子特性的超结构。

参考文献：

Chen, G., Pei, H., Zhang, X. et al. Liquid-crystalline behavior on dumbbell-shaped colloids and the observation of chiral blue phases. Nat Commun 13, 5549 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-33125-y

DOI：10.1038/s41467-022-33125-y

https://doi.org/10.1038/s41467-022-33125-y