对称性破缺(symmetry breaking),即高对称性向低对称性的演化,在自然界中十分常见,例如宇称不守恒、手性等现象。而与之相对的,对称性上升(symmetry rising)作为一种与之相对应的反向演化方式则十分罕见,赋予物质独特的性质,目前只在苛刻的加工条件下观察到金属材料的表观对称性上升现象。发展简易可行的策略以在温和的条件下实现对称性上升极具挑战性。
近期,北京大学张洁研究员团队构筑了两亲性嵌段共聚物PEO-b-PS、PEO和无机硅钨酸之间的三元杂化共结晶驱动自组装(图1),在温和条件下实现了纳米颗粒的表观对称性上升。 PEO/硅钨酸静电复合物由C2221空间群结构的正交晶体孪生而得到三角形纳米片,从低对称性正交晶系上升到高对称性六方晶系(图2),实现了表观对称性上升。通过机理研究发现,PEO/硅钨酸共晶的晶胞参数具有b=a的特点,而且PEO-b-PS中的亲溶剂短链PS作为结晶抑制剂,有利于诱导单晶畴区以60o夹角取向搭接形成孪晶,从而获得动力学控制的三角形纳米片。改变PS链段的聚合度、均聚物与嵌段共聚物混合比例以调节组装体表面PS链段的长度与接枝密度,进而调节PS的体积分数在三元共结晶驱动自组装中获得了纳米线、纳米带等多种形貌(图3)。该工作以“Apparent symmetry rising induced by crystallization inhibition in ternary co-crystallization-driven self-assembly”为题发表在《Nat. Commun.》上(Nat. Commun. 2023, 14, 6496)。文章第一作者是北京大学谢思宇博士。该研究得到国家自然科学基金委的支持。
图 1 三元共结晶驱动自组装示意图及对应的电镜照片,比例尺为200 nm。
图 2 三角形纳米片的TEM图像,,相应的SAED模式,二维GIWAXS图及示意图。
图 3 三元共结晶驱动自组装相图及对应的电镜照片
原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-42290-7
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