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Frank-Kasper(FK)相以其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以及巨大的應(yīng)用潛力而廣受關(guān)注，構(gòu)筑基元涵蓋了原子、分子、大分子聚集體、聚合物和膠體等球體，而球體的硬度和尺寸分布對(duì)其堆積方式具有決定性的作用。以往的研究中，F(xiàn)K的組成基元大多為軟球形結(jié)構(gòu)，在軟球形基元的接觸過(guò)程中，球體通過(guò)形變形成基于沃洛諾伊鑲嵌(Voronoi Tessellation，VT)的多面體結(jié)構(gòu)，從而在實(shí)現(xiàn)空間密排的同時(shí)減小接觸面積，因而降低了體系的界面能。例如在A15型(Pm3n)立方結(jié)構(gòu)中，一個(gè)晶胞中共包含8個(gè)軟球基元，其中2個(gè)分別占據(jù)了頂點(diǎn)和體心位置，剩余6個(gè)則成對(duì)分布在面上。兩類(lèi)球相互接觸形成十二面體和十四面體，即Weaire-Phelan結(jié)構(gòu)(如圖所示)。

近期，西安交通大學(xué)材料學(xué)院劉峰教授團(tuán)隊(duì)與德國(guó)哈勒維滕貝爾格馬丁路德大學(xué)Carsten Tschierske教授合作，在以棒狀基元為核心的不對(duì)稱(chēng)星形多親性分子中，首次發(fā)現(xiàn)基于四面體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的A15立方相。分子結(jié)構(gòu)如圖所示，核心為棒狀低聚亞苯基亞乙炔基(OPE)，兩端為極性的丙三醇形取代基，側(cè)鏈為非對(duì)稱(chēng)支化脂肪鏈。通過(guò)運(yùn)用差示掃描法、偏光顯微鏡以及同步輻射小角X射線散射等測(cè)試方法，對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的表征和分析。該結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于A15晶胞的德洛奈三角剖分(Delaunay Triangulation，DT)，為常見(jiàn)Weaire-Phelan結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋵W(xué)對(duì)偶，因此通過(guò)適當(dāng)?shù)耐卣箍梢灾苽淦渌Y(jié)構(gòu)的FK相甚至液態(tài)準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)。

近期，該研究成果以《四面體液晶網(wǎng)絡(luò)：基于棒狀排列的A15型Frank-Kasper相》(Tetrahedral Liquid-Crystalline Networks: An A15-Like Frank–Kasper Phase Based on Rod-Packing)為題發(fā)表在化學(xué)類(lèi)旗艦期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。該論文第一作者為西安交通大學(xué)材料學(xué)院博士生陳長(zhǎng)龍和德國(guó)哈勒維滕貝爾格馬丁路德大學(xué)Macro Poppe博士，通訊作者是西安交大金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的劉峰教授以及德國(guó)哈勒維滕貝爾格馬丁路德大學(xué)Carsten Tschierske教授，陜西省軟物質(zhì)國(guó)際聯(lián)合研究中心與西安交大金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為本文的第一單位。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國(guó)際合作項(xiàng)目等共同資助。本工作是劉峰教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)今年在化學(xué)類(lèi)旗艦期刊《J. Am. Chem. Soc.》(2022, 144, 6936-6945)之后在分子自組裝領(lǐng)域取得的又一重要研究成果。

論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202203447

參考資料：http://mse.xjtu.edu.cn/info/1016/6873.htm