對(duì)稱性破缺(symmetry breaking),即高對(duì)稱性向低對(duì)稱性的演化,在自然界中十分常見,例如宇稱不守恒、手性等現(xiàn)象。而與之相對(duì)的,對(duì)稱性上升(symmetry rising)作為一種與之相對(duì)應(yīng)的反向演化方式則十分罕見,賦予物質(zhì)獨(dú)特的性質(zhì),目前只在苛刻的加工條件下觀察到金屬材料的表觀對(duì)稱性上升現(xiàn)象。發(fā)展簡(jiǎn)易可行的策略以在溫和的條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)稱性上升極具挑戰(zhàn)性。
近期,北京大學(xué)張潔研究員團(tuán)隊(duì)構(gòu)筑了兩親性嵌段共聚物PEO-b-PS、PEO和無機(jī)硅鎢酸之間的三元雜化共結(jié)晶驅(qū)動(dòng)自組裝(圖1),在溫和條件下實(shí)現(xiàn)了納米顆粒的表觀對(duì)稱性上升。 PEO/硅鎢酸靜電復(fù)合物由C2221空間群結(jié)構(gòu)的正交晶體孿生而得到三角形納米片,從低對(duì)稱性正交晶系上升到高對(duì)稱性六方晶系(圖2),實(shí)現(xiàn)了表觀對(duì)稱性上升。通過機(jī)理研究發(fā)現(xiàn),PEO/硅鎢酸共晶的晶胞參數(shù)具有b=a的特點(diǎn),而且PEO-b-PS中的親溶劑短鏈PS作為結(jié)晶抑制劑,有利于誘導(dǎo)單晶疇區(qū)以60o夾角取向搭接形成孿晶,從而獲得動(dòng)力學(xué)控制的三角形納米片。改變PS鏈段的聚合度、均聚物與嵌段共聚物混合比例以調(diào)節(jié)組裝體表面PS鏈段的長(zhǎng)度與接枝密度,進(jìn)而調(diào)節(jié)PS的體積分?jǐn)?shù)在三元共結(jié)晶驅(qū)動(dòng)自組裝中獲得了納米線、納米帶等多種形貌(圖3)。該工作以“Apparent symmetry rising induced by crystallization inhibition in ternary co-crystallization-driven self-assembly”為題發(fā)表在《Nat. Commun.》上(Nat. Commun. 2023, 14, 6496)。文章第一作者是北京大學(xué)謝思宇博士。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持。
圖 1 三元共結(jié)晶驅(qū)動(dòng)自組裝示意圖及對(duì)應(yīng)的電鏡照片,比例尺為200 nm。
圖 2 三角形納米片的TEM圖像,,相應(yīng)的SAED模式,二維GIWAXS圖及示意圖。
圖 3 三元共結(jié)晶驅(qū)動(dòng)自組裝相圖及對(duì)應(yīng)的電鏡照片
原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-42290-7
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