成正东教授团队《PNAS》：绚丽多彩的无长程周期特性的二维纳米材料向列相光子液晶

来源：高分子科学前沿

原标题：美国德州农工大学成正东教授团队《PNAS》：绚丽多彩的无长程周期特性的二维纳米材料向列相光子液晶

近日，美国德州农工大学化工学院成正东教授团队在《美国国家科学院院刊》上发表题为“Iridescence in nematics: Photonic liquid crystals of nanoplates in absence of long-range periodicity”的重要学术论文。报道了绚丽多彩的无长程周期特性的二维纳米材料向列相光子液晶。

自然世界五彩缤纷。经过亿万年的进化，很多生物都被大自然赋予了神奇的特性，蛋白石、蝴蝶翅膀和孔雀羽毛等显示出绚丽的色彩，这种依靠光与物体表面周期性纳米结构的相互作用而产生的色彩，被称为“结构色”，而这种周期结构我们称之为“光子晶体”。人工制备仿生可调光子晶体在智能隐身、降温涂层、能源和安全等诸多领域的具有应用潜力。

基于二维纳米材料的可调光子晶体是当前光学领域的研究热点。结构色通常在具有长程有序结构的二维纳米近晶相液晶或手性液晶中较为常见。《PNAS》论文首次报道了无长程周期性的向列相液晶材料的结构色。这一发现不仅有望加深我们对凝聚态软物质基本科学问题的理解，也为人工仿生制备智能可调先进光子“晶体/液晶”材料提供新思路，在智能隐身、安全检测甚至能源等领域均具有重要的实用价值和现实意义。这种新型光子液晶的主体构成是无机材料，相比传统的分子液晶提供了优良的热稳定性。极为特别的是，使用这种基于二维纳米片向列相液晶的新型光子晶体墨水，研究者们制作出 “珠光宝气”的液体珍珠、甚至展示了光子书法和“油画”艺术。

本文第一作者为德州农工大学化工学院成正东教授团队曾敏翔博士、成正东教授为本文的通讯作者，天津大学材料科学与工程学院王玲教授为本研究做出重要贡献。项目合作单位包括美国橡树岭国家实验室、天津大学和广东工业大学。本项目得到了Texas A&M University Water Seed Grant (TEES-163024) 资助，美国橡树岭国家实验室散裂中子源 (Spallation Neutron Source, SNS) 平台提供材料结构表征技术支持。

成正东教授团队一直致力于二维纳米液晶材料设计、制备及应用研究。研究团队在均匀分散的水溶液二维纳米胶体中发现了多种液晶相态，包括向列相、近晶相和具有更复杂结构的手性液晶相态等。团队研究主要集中在复杂的流体和软物质上。他们研究了各向异性粒子和智能胶体在地球引力中、以及国际空间站的微重力中的自组织，光子晶体的制造，太阳能水分解产生氢气，盐水太阳膜蒸馏和大气中水的收获，以及微流体在纳米包封中的应用。所开发的技术适用于相变和液晶材料的建模，光学纳米复合材料和半导体的工程，太阳能收集，海水淡化，提高石油采收率，化学工艺安全性，以及广泛的医用治疗处理。成教授发表了160多篇文章，包括Nature，Science， Phys. Rev. Lett. 等，著有研究生和本科生的教科书 “Colloids，Drops，and Cells”。他获得了8项美国专利。成教授是美国重力与空间研究学会期刊“引力与空间研究”副主编。他与能源和环境领域的众多行业有着密切合作。成正东教授团队欢迎合作和加盟他们的TAMU (美国德州大学城) 或TAMUQ （卡塔尔教育城德州农工大学分校）研究。

文章信息：

Minxiang Zeng, Daniel King, Dali Huang, Changwoo Do, Ling Wang, Mingfeng Chen, Shijun Lei, Pengcheng Lin, Ying Chen, Zhengdong Cheng*. Iridescence in nematics: Photonic liquid crystals of nanoplates in absence of long-range periodicity. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2019, 201906511

全文链接：

https://www.pnas.org/content/early/2019/08/22/1906511116