科学家开发了创新的气溶胶系统来构建不对称的上层建筑

一个研究小组开发了一种新型的基于气溶胶的乳液系统，该系统能够实现不对称纳米结构的自组装，这长期以来被认为是材料科学的一大挑战。该团队包括中国科学院合肥物理科学研究所的研究人员以及加州大学的合作者。

他们的研究最近发表在《先进材料》上。

由于表面张力，传统的乳液液滴往往是球形的，这限制了它们所帮助创建的材料的结构复杂性。虽然在生物医学和食品科学等领域很有用，但这种对称性使得实现高级功能变得困难。打破这种对称性一直是一个关键目标，但涉及表面活性剂或复合乳化剂的方法往往难以获得稳定性和污染性。

新系统通过产生“瞬态乳液气溶胶”来回避这些问题，瞬态乳液气溶胶是通过雾化两相液体形成的短寿命、无表面活性剂的液滴。这些液滴允许纳米粒子在半空中自组装，而不依赖于稳定化学物质。动态扩散过程使界面张力接近于零，从而形成非球形结构。

“通过这种方法，金纳米粒子可以形成均匀的半球形结构，”该团队成员刘迪龙说，“传统的乳液无法实现这一点。”

研究小组发现，这一过程之所以有效，是因为液滴中两种液体的扩散方式不同：水的逸出速度比1-丁醇的进入速度快，导致内部不对称。这导致空心或弯曲的结构，由类似于冶金中观察到的柯肯达尔效应的机制驱动。

这项新技术已经显示出在现实世界应用中的前景。研究人员制作了放大倍数可调的微型二氧化硅微透镜阵列，可用于高分辨率生物成像。他们还使用这种方法创建了具有优异光散射性能的纹理涂层，这可能有利于Micro-LED显示器和其他光学设备。

这项工作为构建复杂的纳米结构提供了一条新的、干净的、可扩展的路线，为材料设计开辟了令人兴奋的可能性。p