日前，國際頂級學術期刊《先進材料》Advanced Materials以“Programmable Jigsaw Puzzles of Soft Materials Enabled by Pixelated Holographic Surface Reliefs”為題，在線報道了東南大學智能材料研究院院長、化學化工學院李全團隊在基于像素化全息表面浮雕結構可編輯液晶光學拼圖方面的突破性研究進展，并被選為Editor’s Choice。東南大學李全院士、南京大學副校長陸延青和李全院士團隊前成員、現華東理工大學物理學院院長鄭致剛教授為共同通訊作者。
人工干預軟物質材料的自組裝行為以獲得想要的超結構是一項復雜但意義重大的工程。部分或完全由刺激響應的軟材料構成的光學元件在諸多領域有著廣泛應用，并被稱為“軟光子學”。液晶是一種典型的刺激響應型軟物質材料，得益于其獨特的電學和光學性質以及出色的分子自組裝的特性，液晶軟物質材料在非顯示領域如平面光子學、生物醫學等領域大放異彩。然而，實現器件的大面積制備，提高器件穩定性，實現寬光譜可調諧仍然存在巨大挑戰。
利用數字化全息光刻系統在光刻膠表面產生像素化的條紋溝槽結構，以此誘導液晶分子自下而上的自組裝行為。由于液晶的連續體及彈性體作用，液晶將沿溝槽方向定向排列。像素化全息表面浮雕的參數，包括幾何尺寸、亞波長周期性、納米結構取向、形貌深度等均可以精確控制，從而能夠以數字化方式產生高度有序且穩定的液晶軟材料組織。進一步而言，這種多維度操控方式極大地豐富了對液晶分子的調控手段：通過控制表面浮雕結構的幾何尺寸，可以輕松實現任意宏觀或微觀的圖案化液晶；通過控制不同像素浮雕結構間的亞波長周期，可以實現表面錨定力的像素化精確控制；通過控制不同像素浮雕結構的形貌及深度，液晶分子的自組裝行為也會隨之改變。此外，這種浮雕結構賦予了液晶光學拼圖優異的穩定性及耐久性：所制備的液晶平面光學元件在藍光及紫外波段仍可保持穩定并正常工作，用封框膠封裝后的器件在室溫環境下可保存20個月以上，因此該技術有望進一步促進基于液晶的可調諧平面光學元件的商用化及工程化。
該研究工作得到了江蘇省“雙創團隊”、國家自然科學基金等項目的支持。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202211521
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