金納米雙錐顆粒摻雜液晶材料研究獲重要進展

華南師范大學華南先進光電子研究院教授周國富團隊王耀教授與美國科羅拉多大學博爾德分校教授Ivan I. Smalyukh合作，在金納米雙錐顆粒摻雜液晶材料的研究方面取得重要進展。

無機納米粒子膠體在液晶中的自組織現象可用于新型軟物質材料的設計與制備，在智能窗等領域已有重要的應用。然而，由于顆粒誘導缺陷和復雜的彈性介導相互作用的影響，顆粒形貌的使用被限制在納米棒或納米片上。

研究人員所用的金納米雙錐顆粒通過種子生長法合成，尺寸約為70 nm×35 nm。為了增加金納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修飾納米顆粒的表面。修飾好的金納米雙錐顆粒摻雜進向列相液晶5cb后，得到質量分數約為1%的金納米雙錐顆粒-向列相液晶復合物。

研究人員將所得到的復合材料通過毛細作用力填入制備好的ITO液晶盒中，以實現液晶材料的平行取向。液晶可以通過最小化自由能和排斥體積，借助多種超分子作用力對納米材料進行組織，實現金納米雙錐顆粒與5cb的取向一致。雙錐體顆粒在向列相液晶中定向排列，并以C5旋轉對稱軸沿著液晶的指向矢取向。基于金納米雙錐顆粒的偏光依賴表面等離子共振效應，材料的消光性質表現出偏振依賴性及靈敏的電場響應性。研究人員還利用電場調控材料中拓撲孤子-Heliknoton的運動，發現納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。

該研究對三維光學超材料的制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。

(來源：中國科學報)