Ученые реализуют программируемую светом коллоидную самосборку

Команда профессора Пэн Ченхуи из Школы физики Китайского университета науки и технологии (USTC) осуществила массоперенос и реконфигурируемую самосборку коллоидных частиц путем объединения управляемых светом молекулярных приводов с молекулами жидких кристаллов (ЖК) в нематической фазе. чьи ориентации запрограммированы с помощью топологических шаблонов и сетей обнаружения.

Работа была опубликована в Труды Национальной академии наук 11 апреля благодаря световому облучению совместные реорганизации наномоторов стимулируют коллективную динамику сетей обнаружения. Морфологические изменения линий обнаружения используются для перемещения и реконфигурации коллоидных сборок поступательным, вращательным и программируемым образом. Эта работа открывает двери для будущих приложений в прецизионных машинах и интеллектуальных материалах.

Нанодвигатели в природе вдохновили ученых на разработку искусственных молекулярных двигателей, которые будут управлять движением крошечных объектов за счет совместных действий. Созданы молекулярные актуаторы, управляемые светом, но использование кооперативной реорганизации для управления массопереносом коллоидов и для реализации восстановления коллоидной сборки остается сложной задачей.

В данной работе топологические вихри отпечатываются в монослоях молекул азобензола, взаимодействующих с нематическими жидкими кристаллами (ЖК). Управляемая светом совместная переориентация молекул азобензола стимулирует коллективное движение молекул LC и, таким образом, пространственно-временную эволюцию сетей обнаружения нематод, которые определяются контролируемыми узорами вихрей. Непрерывное моделирование обеспечивает физическое понимание изменения морфологии сетей обнаружения.

Когда микроколлоиды диспергированы в среде LC, коллоидная агрегация не только транспортируется и восстанавливается за счет коллективного изменения линий обнаружения, но также контролируется ландшафтом упругой энергии, определяемым заранее разработанными направляющими паттернами. Массоперенос и восстановление коллоидных агрегатов также можно запрограммировать, манипулируя поляризацией излучения. Эта работа предоставляет возможности для разработки программируемых коллоидных машин и интеллектуальных композитных материалов.

В ходе исследования команда также продемонстрировала, как заранее спроектированные топологические дефекты контролируют механизм движения коллоидных частиц по линиям обнаружения, которые определяются упругими свойствами предварительно спроектированной локальной деформации и кривизны жидких кристаллов. Таким образом, физический механизм этой управляемой светом программируемой коллоидной самосборки заключается в совместной реорганизации наноразмерных молекулярных машин с помощью света, а взаимодействие молекулярных машин с молекулами жидких кристаллов используется для управления изменением наножидкости. Ориентация молекул кристалла.

Из-за далеко идущей организованной природы частиц жидких кристаллов индуцируется изменение ориентации частиц жидких кристаллов большого размера. Это макроскопическое изменение дополнительно изменяет микроструктуру жидких кристаллов в образце за счет стабилизации поверхности, что позволяет макроскопически изменять конфигурацию в направлении сетей обнаружения и коллоидной самосборки.