近日，我校物质学院陈刚教授课题组在胶体纳米颗粒自组装研究方面再次取得重要进展。该研究应用同步辐射X射线小角散射（SAXS）手段，原位观测了胶体液滴的蒸发自组装过程，揭示了胶体粒子的结构演变和蒸发动力学过程。日前，该成果以“Dynamic Crystallization and Phase Transition in Evaporating Colloidal Droplets”为题，在知名学术期刊《Nano Letters》上在线发表。
胶体液滴蒸发是自然界中普遍存在的现象，也是一种理想的构建大规模微纳米结构的途径。单分散的胶体粒子可以自组装形成有序阵列，成为功能材料的构建模块。然而，目前对于胶体液滴的蒸发过程尚有很多未知因素，例如蒸发动力学与胶体结晶过程的关联、浓度对于胶体相转变的影响等。
针对这一重要问题，陈刚教授课题组应用同步辐射原位X射线小角散射和准原位电子显微镜技术，揭示了聚苯乙烯微球胶体液滴在液-固相转变过程中的结构演化和蒸发动力学。研究人员首次发现了胶体液滴中的面心立方(fcc)、随机六方密堆(rhcp)和随机密堆(rcp)结构的异质结晶过程，结合体积分数拟合和Onsager原理，对蒸发过程中的胶体浓度梯度、凝胶化和空腔形成进行定量分析。该项工作揭示了蒸发过程中胶体粒子的结晶机制，发现了胶体结晶结构异质性和蒸发动力学之间的密切联系。这是该课题组利用同步辐射原位表征技术研究胶体自组装行为的一系列成果之一。
物质学院2015级博士研究生王啸为文章第一作者，陈刚教授为通讯作者，上科大为第一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金、上海市科委、上科大启动经费及上海光源的大力支持。
文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b03633
图1:同步辐射X射线小角散射实验布局和数据分析
图2:干燥后胶体液滴形成的超晶格结构的电镜分析