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(qiáng)化流體限域作用抑制界面處無序運(yùn)動，是圖案化流體界面組裝中的關(guān)鍵問題。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)不對稱性帶來的熵效應(yīng)使其進(jìn)行長程有序的定向組裝和器件制造面臨挑戰(zhàn)。

近期，中國科學(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顆粒為非對稱雙親性模型體系，提出了氣泡驅(qū)動的快速準(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(shí)，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)致同軸組裝。理論分析表明，快速形成的準(zhǔn)一維界在動力學(xué)上對顆粒的界面取向行為頗為重要，也是組裝體系在蒸發(fā)過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”門和“或”門邏輯器件。

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

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)

來源：中國科學(xué)院化學(xué)研究所

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