【產(chǎn)通社，7月11日訊】華中科技大學(xué)（Huazhong University of Science & Technology, HUST）官網(wǎng)消息，武漢光電國家研究中心熊偉教授團隊提出了一種新穎的分子三維組裝方法。相關(guān)研究成果以“3D Directional Assembly of Liquid Crystal Molecules”為題發(fā)表在Advanced Materials上。通過規(guī)劃飛秒激光焦點掃描路徑控制各項異性分子的定向排布，研究團隊實現(xiàn)了液晶分子高精度和高自由度的三維定向組裝。該研究不僅可用于液晶型光電功能器件的三維高精度組裝制造，同時也為其他各向異性分子的三維高自由度高定向組裝提供了新的思路。

分子自組裝是指無序的分子在分子間相互作用下形成有序結(jié)構(gòu)的一種技術(shù)，被認為是最有潛力的“自下而上”納米技術(shù)之一。該技術(shù)能夠充分發(fā)揮各向異性分子基團的光、電、磁、熱、機械等特性，從而滿足信息、生命、電子、材料等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。然而，分子間的弱相互作用往往難以實現(xiàn)應(yīng)用中所需的強各向異性，限制了高性能各項異性分子器件的發(fā)展。目前，國際上已報道的分子定向組裝多為單軸有序排布，各向異性分子也僅能按照晶格或堆疊的有序排列，如何攻克高精度、可編程、高自由度的三維分子組裝一直是當(dāng)前的一項國際難題。

針對這一挑戰(zhàn)，熊偉團隊以典型的各向異性液晶分子為例，利用飛秒激光直寫技術(shù)，編程規(guī)劃激光焦點的掃描路徑，實現(xiàn)了液晶分子的高自由度三維定向組裝，通過控制激光掃描方向即可定制分子組裝方向。這一方法無需對液晶分子進行預(yù)先取向處理，首次在三維分子組裝領(lǐng)域?qū)⒐鈭鲇糜诜肿尤∠蚺c聚合過程，實現(xiàn)了單步高精度高定向的分子組裝。

通過在加工系統(tǒng)上搭建實時偏振觀察模塊并結(jié)合理論推導(dǎo)計算，研究團隊深入探討了飛秒激光定向組裝液晶分子的物理機制。研究表明，在飛秒激光掃描成形過程中會產(chǎn)生顯著的激光誘導(dǎo)剪切力效應(yīng)，液晶分子沿激光掃描方向形成取向種子層。在隨后的顯影過程中，由于各向異性的體積收縮，聚合物主鏈沿激光掃描路徑定向排列，從而進一步強化規(guī)范了液晶分子的定向排布。

該研究充分發(fā)揮了飛秒激光加工的可編程優(yōu)勢，通過激光掃描路徑規(guī)劃可實現(xiàn)不同偏振干涉色的微納結(jié)構(gòu)，成功制造出具有偏振選擇和彩色成像功能的菲涅爾波帶片陣列。

熊偉研究團隊基于飛秒激光定向組裝分子的策略，利用飛秒激光直寫的高精度和真三維制造優(yōu)勢，成功實現(xiàn)了液晶分子的亞微米精度（129.6nm）和高自由度的三維組裝，同時該方法在其他有機高分子材料的各向異性組裝中也展現(xiàn)出了巨大的潛力。

武漢光電國家研究中心博士生張澤旭為論文第一作者，熊偉為該論文通訊作者，研究單位為華中科技大學(xué)和湖北光谷實驗室。該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、光谷實驗室創(chuàng)新研究項目、中央高校研創(chuàng)基金和武漢-曙光知識創(chuàng)新計劃的資助。

查詢進一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://news.hust.edu.cn/info/1003/52747.htm，以及http://doi.org/10.1002/adma.202401533。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）    （完）