自LB薄膜技術發(fā)明以來，流體界面組裝技術被認為是制備高精度長程有序薄膜的有效方法，并具有應用于圖案化先進集成器件制造的潛力。如何快速產(chǎn)生流體界面抑制體相競爭組裝，并強化流體限域作用抑制界面處無序運動，是圖案化流體界面組裝中的關鍵問題。以Janus納米顆粒（JNPs）為代表的高分子-膠體雜化材料具有豐富的形狀/功能可編程性，在制備新型光電器件上頗具應用前景。然而，形態(tài)不對稱性帶來的熵效應使其進行長程有序的定向組裝和器件制造面臨挑戰(zhàn)。  

　　近期，中國科學院化學研究所綠色印刷院重點實驗室宋延林課題組與清華大學教授楊振忠合作，利用雪人型Janus顆粒為非對稱雙親性模型體系，提出了氣泡驅(qū)動的快速準一維圖案化界面策略，實現(xiàn)了Janus單顆粒取向可控（同軸或異軸）長程有序組裝與圖案化。研究發(fā)現(xiàn)，模板化氣泡的快速形成在動力學上利于界面定向，而弧形液橋中封閉的準一維界面可以約束顆粒的無序旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生遠距離的良好定向Janus單顆粒鏈。同時，蒸發(fā)過程中顆粒的界面取向可以轉(zhuǎn)移到干燥后的組裝結構中，通過調(diào)節(jié)Janus顆粒兩親性與表面活性劑可以調(diào)控組裝結構取向。Zeta電位測試和表面張力測試表明，“疏水-親水”微結構保證了界面直立取向而導致異軸組裝，“親水-親水”微結構保證了界面平躺取向而導致同軸組裝。理論分析表明，快速形成的準一維界在動力學上對顆粒的界面取向行為頗為重要，也是組裝體系在蒸發(fā)過程中維持有序性的關鍵因素。該工作進一步探討了取向結構的光學各向異性，并利用其差異化的光散射偏振依賴性分別構建了“與”門和“或”門邏輯器件。  

　　該成果是喬雅麗/宋延林團隊利用氣泡模板印刷策略（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 16547；InfoMat, 2022, 4, e12323；Sci. Sin. Chin., 2022, 52, 209；Nano Energy, 2021, 89, 106384）實現(xiàn)圖案化集成器件與高精度組裝制造的最新研究進展之一。該工作證明了氣泡模板在構筑準一維圖案化界面與實現(xiàn)可控取向組裝方面的潛力，并顯示了不對稱Janus顆粒的定向組裝超結構在構建新型光電器件方面的廣闊前景。 

　　相關研究成果發(fā)表在《美國化學會志》上。研究工作得到科技部、國家自然科學基金、北京分子科學國家研究中心、中科院的支持。 

圖1.氣泡驅(qū)動快速準一維界面策略構建Janus顆粒長程取向可控組裝體 

圖2.Janus顆粒長程有序組裝體取向依賴的偏振光散射性質(zhì)