浙大高超教授团队：二维胶体单畴液晶的大面积调控

Monodomain Liquid Crystals of Two-Dimensional Sheets by Boundary-Free Sheargraphy

Min Cao, Senping Liu, Qingli Zhu, Ya Wang, Jingyu Ma, Zeshen Li, Dan Chang,
Enhui Zhu, Xin Ming, Yingjun Liu*, Yanqiu Jiang*, Zhen Xu*, Chao Gao*

Nano-Micro Letters (2022)14: 192

https://doi.org/10.1007/s40820-022-00925-2

1. 提出了“无边界剪切印刷术”策略。打破了传统剪切场固有边界层限制，得到了大面积自由状态的单畴液晶。

2.揭示了“单畴液晶光学、流变和传导各向异性”。与常规多缺陷的液晶相比，单畴液晶表现出规律的光学响应和流变各向异性。

3.拓展了“二维胶体的高阶液晶拓扑结构和多晶超结构”。通过在单畴液晶中可控引入奇点来扩展二维胶体液晶的拓扑结构，首次实现了缺陷强度从-2到+2的液晶结构制备。无边界剪切印刷术也实现了在三维空间中自由设计区域化多晶超结构。

图1.“无边界剪切印刷术”制备单畴液晶。

通过“无边界剪切印刷术”，制备了长度高达30 cm的单畴液晶。在整个区域内，单轴液晶在0-360°内展现出光学各向异性和流变各向异性。

图2.单畴液晶光学和流变各向异性。

进一步发现，单畴液晶的骨架也展现出大面积的连续性和规整性。同时，通过改变剪切角度，单畴液晶的基元空间取向角度可以随意调节，制备了包括垂直态和各种倾斜态的单畴液晶及骨架。

图3. 单畴液晶的规整骨架。

图4. 二维家族单畴液晶及单畴骨架。

得益于无边界剪切印刷术的可自由编程特点，通过可控的引入奇点制备了缺陷强度从-2到+2的拓扑结构。并通过分区域可控微剪切，制备了各种复杂的多晶超结构，进一步拓展了该方法的应用空间。

图5. 高阶拓扑结构与多晶超结构。

V结论和展望

本文提供了一种“无边界剪切印刷术”用于制备二维胶体单畴液晶的思路和方法，该方法打破了传统剪切场固有边界层限制，具有高精度操作简单、编程性、普适性等诸多优势，是调控液晶光学和制备高各向异性的先进材料的新方法。该工作是在高超教授团队前期积累和前人工作经验总结的基础上完成，早在2019年，该团队研究人员发现了氧化石墨烯液晶慢松弛动力学特征，并利用液体剪切微印刷术制备了超液晶材料。相关工作包括Nat. Commun., 2019, 10, 4111; Science, 2021, 372, 614; Nat. Commun., 2011, 2, 571; Adv. Mater., 2013, 25,188; Adv. Funct. Mater., 2020, 30, 2006584; Sci. Adv., 2020, 6(46), eabd4045；Matter, 2020, 3(1), 230; Acc. Mater. Res. 2020, 1(3), 175等。

高超

本文通讯作者

浙江大学 教授

▍主要研究领域

石墨烯化学与宏观组装，石墨烯储能。

▍主要研究成果

在Science, Sci. Adv.，Nat. Commun.，Adv. Mater.，Acc. Chem. Res.等期刊发表SCI收录文章230余篇，他引16000余次。获批基金委重大项目、重点项目。编著《石墨烯宏观材料及应用》专著1本，共同主编Wiley出版的英文专著1本。授权中国发明专利近百项，授权美国专利1项，日本专利3项，欧洲专利1项，俄罗斯专利1项，完成78项中国发明专利权转让。担任Advanced Fiber Materials、 Carbon Energy、Nano-Micro Lett.、《中国科学：化学》、《功能高分子学报》等期刊编委。获得“钱宝钧纤维奖 青年学者”、“Gold Kangaroo World Innovation Award”、“第十二届浙江省青年科技奖”、“浙江大学十大学术进展”等荣誉。

▍Email：cgao18@163.com

撰稿：原文作者

编辑：《纳微快报(英文)》编辑部