【科技自立自强】西安交大研究人员发现新的Frank-Kasper相构筑模式

Frank-Kasper(FK)相以其复杂的结构以及巨大的应用潜力而广受关注，构筑基元涵盖了原子、分子、大分子聚集体、聚合物和胶体等球体，而球体的硬度和尺寸分布对其堆积方式具有决定性的作用。以往的研究中，FK的组成基元大多为软球形结构，在软球形基元的接触过程中，球体通过形变形成基于沃洛诺伊镶嵌(Voronoi Tessellation，VT)的多面体结构，从而在实现空间密排的同时减小接触面积，因而降低了体系的界面能。例如在A15型(Pm3n)立方结构中，一个晶胞中共包含8个软球基元，其中2个分别占据了顶点和体心位置，剩余6个则成对分布在面上。两类球相互接触形成十二面体和十四面体，即Weaire-Phelan结构(如图所示)。

近期，西安交通大学材料学院刘峰教授团队与德国哈勒维滕贝尔格马丁路德大学Carsten Tschierske教授合作，在以棒状基元为核心的不对称星形多亲性分子中，首次发现基于四面体网络结构的A15立方相。分子结构如图所示，核心为棒状低聚亚苯基亚乙炔基(OPE)，两端为极性的丙三醇形取代基，侧链为非对称支化脂肪链。通过运用差示扫描法、偏光显微镜以及同步辐射小角X射线散射等测试方法，对该结构进行了详细的表征和分析。该结构对应于A15晶胞的德洛奈三角剖分(Delaunay Triangulation，DT)，为常见Weaire-Phelan结构的拓扑学对偶，因此通过适当的拓展可以制备其它结构的FK相甚至液态准晶结构。

近期，该研究成果以《四面体液晶网络：基于棒状排列的A15型Frank-Kasper相》(Tetrahedral Liquid-Crystalline Networks: An A15-Like Frank–Kasper Phase Based on Rod-Packing)为题发表在化学类旗舰期刊《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。该论文第一作者为西安交通大学材料学院博士生陈长龙和德国哈勒维滕贝尔格马丁路德大学Macro Poppe博士，通讯作者是西安交大金属材料强度国家重点实验室刘峰教授以及德国哈勒维滕贝尔格马丁路德大学Carsten Tschierske教授，陕西省软物质国际联合研究中心与西安交大金属材料强度国家重点实验室为本文第一单位。该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、国际合作项目等共同资助。本工作是刘峰教授领导的团队今年在化学类旗舰期刊《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. ) (2022, 144, 6936-6945)之后在分子自组装领域取得的又一重要研究成果。

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