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  當(dāng)膠體粒子組裝成為二維或三維的上層結(jié)構(gòu)時(shí)，往往產(chǎn)生不同于膠體粒子簡(jiǎn)單加和的特殊集體行為，這使得膠體組裝成為膠體科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)重點(diǎn)的研究方向。區(qū)別于傳統(tǒng)的熱力學(xué)平衡自組裝、電致組裝、磁致組裝技術(shù)，激光光場(chǎng)可在三維空間高度聚焦，并且具有偏振、強(qiáng)度等多個(gè)物理參量，這為膠體材料的組裝提供了空間分辨率和多個(gè)操控自由度，為膠體材料的微結(jié)構(gòu)化、多樣化、高精度組裝提供了技術(shù)路徑。

  近日，清華大學(xué)孫洪波教授、李正操教授和林琳涵副教授在《Advanced Functional Materials》期刊上發(fā)表了題為“Light-Directed Assembly of Colloidal Matter”的綜述文章，該文章從晶體學(xué)的獨(dú)特角度，將膠體物質(zhì)的光學(xué)組裝過(guò)程類比為原子的形核、結(jié)晶、和生長(zhǎng)的過(guò)程，探討了光在膠體材料的成核、擴(kuò)散、鍵合、生長(zhǎng)等過(guò)程中的作用機(jī)制和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，梳理了光誘導(dǎo)光力、熱泳、流場(chǎng)所產(chǎn)生的形核、富集等效應(yīng)對(duì)膠體組裝過(guò)程的影響規(guī)律。

 圖1 光誘導(dǎo)膠體材料組裝技術(shù)與應(yīng)用

  由于膠體原子的成分和排列方式不同，光誘導(dǎo)組裝的膠體材料具有不同的光機(jī)電功能性。例如光誘導(dǎo)組裝的膠體材料可用于光控微機(jī)械、手性光學(xué)器件等（圖2）。

 圖2 光誘導(dǎo)組裝的膠體材料在微機(jī)械和功能光學(xué)器件中的應(yīng)用

  此外，由于光能夠?qū)δz體粒子進(jìn)行遠(yuǎn)程、定域操縱，光誘導(dǎo)組裝的膠體材料也可應(yīng)用于生命科學(xué)領(lǐng)域。例如，利用光的熱效應(yīng)進(jìn)行組織3D打印，實(shí)現(xiàn)低閾值高效率的快速生物組織制造。此外，利用光誘導(dǎo)磁性粒子的組裝，實(shí)現(xiàn)藥物的靶向輸運(yùn)等（圖3）。

圖3 光誘導(dǎo)組裝在生物領(lǐng)域的應(yīng)用

  論文鏈接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202104649

作者介紹

  孫洪波，清華大學(xué)長(zhǎng)聘教授，長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授，國(guó)家杰出青年基金獲得者、全國(guó)百篇優(yōu)博指導(dǎo)教師。主要研究方向?yàn)槔贸旒す馕⒓{加工技術(shù)制備微光學(xué)、微電子、微機(jī)械、微流控、微光電、傳感、生物和仿生結(jié)構(gòu)與器件，探索其工業(yè)與國(guó)防前沿應(yīng)用；利用超快光譜技術(shù)研究太陽(yáng)能電池、有機(jī)發(fā)光器件和低維量子體系的光電和電光轉(zhuǎn)換動(dòng)力學(xué)。圍繞上述研究?jī)?nèi)容，發(fā)表SCI論文400余篇，被SCI論文引用近20000次，H因子65；電氣電子工程師（IEEE）學(xué)會(huì)Fellow、國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)（SPIE）Fellow、美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)（OSA）Fellow，中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)（COS）Fellow；任《自然》出版集團(tuán)雜志Light Science &Applications雜志執(zhí)行主編，任Optics Letters、Nanoscale等十余個(gè)國(guó)內(nèi)外雜志編委或顧問(wèn)編委，任中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)微納光學(xué)專業(yè)委員會(huì)主任、國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)學(xué)科評(píng)議組成員、自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

  李正操，清華大學(xué)材料學(xué)院長(zhǎng)聘教授、博士生導(dǎo)師。

  1994年考入清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系，1999年免試攻讀博士學(xué)位，2003年獲工學(xué)博士學(xué)位，同年受聘日本東京大學(xué)量子工程與系統(tǒng)科學(xué)系，任助理教授。2006年回國(guó)，在清華大學(xué)執(zhí)教至今。

  研究方向主要為材料設(shè)計(jì)與輻照效應(yīng)、核能材料與系統(tǒng)安全、光電與能源納米材料。曾任國(guó)際核能維護(hù)科學(xué)與技術(shù)大會(huì)主席，現(xiàn)為中國(guó)能源研究會(huì)核能專業(yè)委員會(huì)副主任委員、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)、中國(guó)核學(xué)會(huì)核材料分會(huì)常務(wù)理事、中國(guó)核學(xué)會(huì)輻照效應(yīng)分會(huì)理事、國(guó)際輻照損傷機(jī)制委員會(huì)（IGRDM）委員、國(guó)家核電廠安全及可靠性工程技術(shù)研究中心技術(shù)委員會(huì)委員、先進(jìn)能源研究與創(chuàng)新中心高新材料專家委員會(huì)委員等。

  林琳涵，清華大學(xué)精密儀器系副教授，博士生導(dǎo)師。在2008年和2013年先后獲得清華大學(xué)材料學(xué)院學(xué)士學(xué)位和博士學(xué)位，隨后在密歇根大學(xué)迪爾伯恩分校、德州大學(xué)奧斯汀分校從事博士后研究。美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)、中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，中國(guó)感光學(xué)會(huì)光學(xué)精密成型專業(yè)委員會(huì)委員，中國(guó)光協(xié)激光應(yīng)用分會(huì)青年委員。任Crystals客座編輯、Frontiers in Nanotechnology、Frontiers in Physics編委，Exploration、Ultrafast Science、光子學(xué)報(bào)青年編委，主要研究方向?yàn)榧{米光學(xué)，光力學(xué)，二維材料光子學(xué)、量子光學(xué)材料與器件。目前已發(fā)表SCI論文50余篇，其中以第一作者或通訊作者身份在Nature Photonics、Science Advances、Materials Today、Accounts of Chemical Research、Nano Letters、ACS Nano、Light: Science and Applications、Advanced Functional Materials 等期刊上發(fā)表論文30余篇。研究成果被Science、Nature Photonics、Discovery Channel等刊物和媒體專題報(bào)道100余次，其中部分工作被Nature 2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)專刊、美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)Optics in 2018收錄。