日前，国际顶级学术期刊《先进材料》advanced materials以“programmable jigsaw puzzles of soft materials enabled by pixelated holographic surface reliefs”为题，在线报道了东南大学智能材料研究院院长、化学化工学院李全团队在基于像素化全息表面浮雕结构可编辑液晶光学拼图方面的突破性研究进展，并被选为editor’s choice。东南大学李全院士、南京大学副校长陆延青和李全院士团队前成员、现华东理工大学物理学院院长郑致刚教授为共同通讯作者。
人工干预软物质材料的自组装行为以获得想要的超结构是一项复杂但意义重大的工程。部分或完全由刺激响应的软材料构成的光学元件在诸多领域有着广泛应用，并被称为“软光子学”。液晶是一种典型的刺激响应型软物质材料，得益于其独特的电学和光学性质以及出色的分子自组装的特性，液晶软物质材料在非显示领域如平面光子学、生物医学等领域大放异彩。然而，实现器件的大面积制备，提高器件稳定性，实现宽光谱可调谐仍然存在巨大挑战。
利用数字化全息光刻系统在光刻胶表面产生像素化的条纹沟槽结构，以此诱导液晶分子自下而上的自组装行为。由于液晶的连续体及弹性体作用，液晶将沿沟槽方向定向排列。像素化全息表面浮雕的参数，包括几何尺寸、亚波长周期性、纳米结构取向、形貌深度等均可以精确控制，从而能够以数字化方式产生高度有序且稳定的液晶软材料组织。进一步而言，这种多维度操控方式极大地丰富了对液晶分子的调控手段：通过控制表面浮雕结构的几何尺寸，可以轻松实现任意宏观或微观的图案化液晶；通过控制不同像素浮雕结构间的亚波长周期，可以实现表面锚定力的像素化精确控制；通过控制不同像素浮雕结构的形貌及深度，液晶分子的自组装行为也会随之改变。此外，这种浮雕结构赋予了液晶光学拼图优异的稳定性及耐久性：所制备的液晶平面光学元件在蓝光及紫外波段仍可保持稳定并正常工作，用封框胶封装后的器件在室温环境下可保存20个月以上，因此该技术有望进一步促进基于液晶的可调谐平面光学元件的商用化及工程化。
该研究工作得到了江苏省“双创团队”、国家自然科学基金等项目的支持。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202211521
供稿：化学化工学院