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华南理工大学科研团队在软物质本体中首次发现Z相

2019-10-09 19:18 来源:南方网

近日,华南理工大学华南软物质科学与技术高等研究院程正迪院士、黄明俊特聘研究员团队的一项最新研究成果在国际权威期刊《自然-化学》(Nature Chemistry)上发表。该成果披露,中国科学家首次在软物质本体中发现Z相,与A15相、C15相共同组成了构建其余27种“F-K相”的三种基本相结构。

“掌握基础科学的最前沿,有助于推进高分子新材料产业化发展,相信不远的将来我们通过这些软物质基础结构的研究赋予高分子材料全新的性能。”黄明俊向记者说。

新结构有望赋予材料新性能

纵观人类科学史,对微观物质世界的认识是无穷尽的。上世纪80年代,准晶体的发现将晶体学的范畴由230个空间群拓展到了无穷多的可能,人们也逐渐摆脱了除了晶体就是非晶体这种固有认知。

早在准晶被发现之后,科学家便发现一种介于晶体结构与准晶结构之间、具有拓扑密堆积的结构,这就是在报道开头出现过的Frank-Kasper相,即F-K相。F-K相具有与准晶结构相似的排列方式,通常被称之为准晶的类似结构。目前,已有27种F-K相在合金中被发现,这27种F-K相可以由三种基本的F-K相构成,它们分别是A15相,C15相和Z相。

在软物质的本体自组装中,自1997年Virgil Percec教授发现A15相,2017年Frank S. Bates教授发现了C15相后,Z相成了仅剩的未被发现的重要拼图。

困难也是显而易见的。Z相需要由体积比差异较大的多种球状基元构成,同时这些球状基元需要有较大的平均配位数。在单组分软物质中,同时满足这个条件是个艰巨的挑战。

针对这一难题,华南理工大学团队巧妙地设计了一系列基于苯并菲与笼型倍半硅氧烷(POSS)的巨型形状两亲体,通过精确调控苯并菲与笼型倍半硅氧烷的连接片段,该系列巨型分子得到了一系列稀有的相结构,其中包括了在软物质中首次发现的Z相。

在《自然-化学》同期发表的专门评述中指出,该工作揭示了通过超分子球组装得到F-K相的所有三个基石结构的能力,也暗示了合理设计分子性质调节F-K结构策略的可能性。该评述作者指出:“该方法使得那些由较大体积比组装基元构成的相结构在单组分软物质中不再遥不可及,而且随着新结构的发现,可能会给材料带来不一样的性能。”

依托华工平台输出科研成果

黄明俊介绍,整个项目的科研攻关前前后后经历了三年多,项目成果的发表离不开华南理工大学科研团队的共同努力。

“先做好基础科研,再面向广东和国内需求,产学研紧密结合是我们团队的一贯传统。”黄明俊说,在高分子材料领域,需要对物质结构有非常深入的了解,才能促使材料表现出优异的性能。他认为,华南理工大学在软物质尤其是高分子结构研究领域已经达到世界前沿水平,未来将以此为基础更加集中在高分子新材料的开发,希望有越来越多的成果应用和落地在广东。

2016年5月,华南软物质科学与技术高等研究院成立,成为华南理工大学探索建设世界一流研究机构、软物质领域世界一流创新人才培养基地的重要抓手。目前该研究院已经帮助华南理工大学首次实现牵头主持国家自然科学基金委重大项目“先进光学膜材料多重尺度结构调控及功能实现”。

此外,华南软物质科学与技术高等研究院还在华南理工大学“新工科”人才培养方面起到重要支撑。今年9月,华南理工大学广州国际校区刚刚启用并迎来首批本科生进驻。该校区分子科学与工程学院的本科生教学和学业导师任务由华南软物质科学与技术高等研究院担纲,由程正迪院士担任该学院院长。首批约60名本科生将采取全程导师制培养。

南方日报记者杜玮淦 通讯员华轩

[ 编辑: 彭忠粤 ]
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