Erforschung von Synthesemethoden für Quasikristalle weicher Materie

LIU Yaohong ,  

XIE Mingsi ,  

CHEN Peng ,  

LIU Heng ,  

JIA Gaojun ,  

ZHANG Chunxiu ,  

YU Haifeng ,  

摘要

Weiche Materie-Quasikristalle werden durch molekulare Selbstorganisation realisiert, was ihnen einzigartige Vorteile in Design und Steuerung verleiht, die Synthese erheblich erleichtert und neue Wege zur Erreichung von multidimensional geordneten und funktionalisierten Materialien bietet. Derzeit werden in weichen Materialsystemen wie dendritischen Makromolekülen, ABC-Dreiarm-Sternpolymeren, Blockcopolymeren, Tensiden und binären kolloidalen Nanopartikeln überwiegend Quasikristallphasen mit zwölfachsiger Symmetrie beobachtet. Die Erforschung weicher Materie-Quasikristalle überschneidet sich mit Supramolekularchemie, organischer Chemie, Kolloidchemie, Polymerchemie sowie Weichmateriephysik. Die Bildung weicher Materie-Quasikristalle beruht auf komplexem molekularem Design und der Kontrolle der hierarchischen Selbstorganisationsstrukturskalen; als neues Selbstorganisationssystem bietet ihre einzigartige nichtperiodische geordnete Struktur neue Ansätze für das Design funktionaler Materialien. Obwohl in einigen weichen Materialien wie Blockcopolymeren und dendritischen Makromolekülen Quasikristalle gefunden wurden, befindet sich die Erforschung der Bildungsprinzipien noch im Stadium der Strukturanalyse zufälliger Produkte, und die Neuentwicklung und Synthese eines Quasikristalls von Grund auf bleibt eine Herausforderung für Wissenschaftler. Aufbauend auf dem Verständnis von Legierungsquasikristallen bedarf die Erforschung weicher Materie-Quasikristalle neuer Forschungsparadigmen, die die Gestaltung und Synthese neuer thermodynamisch stabiler oder langfristig metastabiler weicher Quasikristallstrukturen erheblich beschleunigen können und Quellen sowie Wege für Materialforschung in anderen Bereichen bieten. Dieser Artikel gibt einen systematischen Überblick über grundlegende Konzepte und Forschungsentwicklungen bei Quasikristallen, fasst die Bedingungen und typischen Fälle der Entstehung weicher Materie-Quasikristalle zusammen, legt den Schwerpunkt auf Aufbau-Strategien und schlägt zwei Bauansätze vor: die empirische Annäherungsmethode an Quasikristal-Approximate und die inversen Synthesemethode basierend auf theoretischen Berechnungen, die als Referenz für das rationale Design und die funktionale Anwendung weicher Quasikristalle dienen.

关键词

weiche Materie-Quasikristalle;Selbstorganisation;Synthese;zwölffache Rotationssymmetrie;quasiperiodische Struktur

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