近日，華南師範大學先進光電子研究院周國富教授團隊王耀教授與美國科羅拉多大學博爾德分校Ivan I. Smalyukh教授合作，在金奈米雙錐顆粒摻雜液晶材料的研究方面取得重要進展，相關研究成果發表於國際期刊 《Advanced Science》 （影響因子：16.806）上，題為“Nematic Order, Plasmonic Switching and Self-patterning of Colloidal Gold Bipyramids” （DOI: 10.1002/advs.202102854）。課題組博士研究生麥智健為論文第一作者，王耀教授、周國富教授和美國科羅拉多大學博爾德分校（CU-Boulder）Ivan I. Smalyukh教授為論文共同通訊作者。
無機奈米粒子膠體在液晶中的自組織現象可用於新型軟物質材料的設計與製備，在智慧窗等領域已有重要的應用。然而，由於顆粒誘導缺陷和複雜的彈性介導相互作用的影響，顆粒形貌的使用被限制在奈米棒或奈米片上。
本工作中所用的金奈米雙錐顆粒（AuNPBs）透過種子生長法合成（Seed Mediated Growth Approach）, 尺寸約為70*35 nm。為了增加金奈米雙錐顆粒在液晶中的穩定性，實驗中使用巰基聚乙二醇mPEG-SH修飾奈米顆粒的表面。修飾好的金奈米雙錐顆粒摻雜進向列相液晶5cb後，得到濃度約為1 wt %的金奈米雙錐顆粒-向列相液晶複合物。將所得到的複合材料透過毛細作用力填入製備好的ITO液晶盒中，以實現液晶材料的平行取向。液晶可以透過最小化自由能和排斥體積，藉助多種超分子作用力對奈米材料進行組織，實現金奈米雙錐顆粒與5cb的取向一致。雙錐體顆粒在向列相液晶中定向排列，並以C5旋轉對稱軸沿著液晶的指向矢取向。基於金奈米雙錐顆粒的偏光依賴表面等離子共振效應（Surface Plasmon Resonance）, 材料的消光性質表現出偏振依賴性及靈敏的電場響應性。另一方面，我們利用電場調控材料中拓撲孤子-Heliknoton的運動，發現奈米雙錐顆粒可以跟隨拓撲結構在空間中進行重組，實現自圖案化。這對三維光學超材料的製造和低對稱性液晶及準晶體的研究提供了重要的理論和實驗依據。
周國富教授團隊青年拔尖引進人才王耀教授帶領的先進資訊材料（AIM）課題組近三年在光、電、氣體和溫度等響應型功能資訊和智慧感測材料研究方面取得了一系列重要突破，先後在《ACS Nano》、《Advanced Science》、《Advanced Functional Materials》、《ACS Applied Materials & Interfaces》、《ACS Sensors》等國際知名期刊上發表20餘篇原創性學術論文，提高了我校在功能資訊和智慧感測材料領域的國際影響力。
本研究工作得到了國家自然科學基金、“111計劃”、廣東省光資訊材料與技術重點實驗室、廣東省教育廳創新團隊和廣州市科技計劃等專案的支援。
以上突破性成果的取得，得益於我校高階人才引育政策和國家級國際科技合作平臺的重要支撐，展現了我校師資培養工作以及基礎學科研究的最新進展。
來源：華南師範大學
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202102854
