近日，上？萍即髮W(xué)物質(zhì)學(xué)院陳剛教授課題組在膠體納米顆粒自組裝研究方面再次取得重要進(jìn)展。該研究應(yīng)用同步輻射X射線小角散射（SAXS）手段，原位觀測了膠體液滴的蒸發(fā)自組裝過程，揭示了膠體粒子的結(jié)構(gòu)演變和蒸發(fā)動力學(xué)過程。日前，該成果以“Dynamic Crystallization and Phase Transition in Evaporating Colloidal Droplets”為題，在知名學(xué)術(shù)期刊《Nano Letters》上在線發(fā)表。
膠體液滴蒸發(fā)是自然界中普遍存在的現(xiàn)象，也是一種理想的構(gòu)建大規(guī)模微納米結(jié)構(gòu)的途徑。單分散的膠體粒子可以自組裝形成有序陣列，成為功能材料的構(gòu)建模塊。然而，目前對于膠體液滴的蒸發(fā)過程尚有很多未知因素，例如蒸發(fā)動力學(xué)與膠體結(jié)晶過程的關(guān)聯(lián)、濃度對于膠體相轉(zhuǎn)變的影響等。
針對這一重要問題，陳剛教授課題組應(yīng)用同步輻射原位X射線小角散射和準(zhǔn)原位電子顯微鏡技術(shù)，揭示了聚苯乙烯微球膠體液滴在液-固相轉(zhuǎn)變過程中的結(jié)構(gòu)演化和蒸發(fā)動力學(xué)。研究人員首次發(fā)現(xiàn)了膠體液滴中的面心立方(fcc)、隨機六方密堆(rhcp)和隨機密堆(rcp)結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)晶過程，結(jié)合體積分?jǐn)?shù)擬合和Onsager原理，對蒸發(fā)過程中的膠體濃度梯度、凝膠化和空腔形成進(jìn)行定量分析。
圖1:同步輻射X射線小角散射實驗布局和數(shù)據(jù)分析
該項工作揭示了蒸發(fā)過程中膠體粒子的結(jié)晶機制，發(fā)現(xiàn)了膠體結(jié)晶結(jié)構(gòu)異質(zhì)性和蒸發(fā)動力學(xué)之間的密切聯(lián)系。這是該課題組利用同步輻射原位表征技術(shù)研究膠體自組裝行為的一系列成果之一。
圖2:干燥后膠體液滴形成的超晶格結(jié)構(gòu)的電鏡分析
上？萍即髮W(xué)物質(zhì)學(xué)院2015級博士研究生王嘯為文章第一作者，陳剛教授為通訊作者，上科大為第一完成單位。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、上海市科委、上科大啟動經(jīng)費及上海光源的大力支持。
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