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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程中，球體通過形變形成基于沃洛諾伊鑲嵌(Voronoi Tessellation，VT)的多面體結(jié)構(gòu)，從而在實現(xiàn)空間密排的同時減小接觸面積，因而降低了體系的界面能。例如在A15型(Pm3n)立方結(jié)構(gòu)中，一個晶胞中共包含8個軟球基元，其中2個分別占據(jù)了頂點和體心位置，剩余6個則成對分布在面上。兩類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)院劉峰教授團隊與德國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稱星形多親性分子中，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)鏈為非對稱支化脂肪鏈。通過運用差示掃描法、偏光顯微鏡以及同步輻射小角X射線散射等測試方法，對該結(jié)構(gòu)進行了詳細的表征和分析。該結(jié)構(gòu)對應(yīng)于A15晶胞的德洛奈三角剖分(Delaunay Triangulation，DT)，為常見Weaire-Phelan結(jié)構(gòu)的拓撲學(xué)對偶，因此通過適當?shù)耐卣箍梢灾苽淦渌Y(jié)構(gòu)的FK相甚至液態(tài)準晶結(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)類旗艦期刊《德國應(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)院博士生陳長龍和德國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度國家重點實驗室的劉峰教授以及德國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)國際聯(lián)合研究中心與西安交大金屬材料強度國家重點實驗室為本文的第一單位。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項目、國際合作項目等共同資助。本工作是劉峰教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊今年在化學(xué)類旗艦期刊《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