Gli scienziati realizzano l’autoassemblaggio colloidale programmabile dalla luce

Il team del professor Peng Chenhui della School of Physics, University of Science and Technology of China (USTC), ha realizzato il trasporto di massa e l’autoassemblaggio riconfigurabile di particelle colloidali combinando attuatori molecolari guidati dalla luce con molecole di cristalli liquidi (LC) nella fase nematica i cui orientamenti sono programmati con modelli Topologici e reti di rilevamento.

L’opera è stata pubblicata in Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze L’11 aprile attraverso l’irradiazione della luce, le riorganizzazioni cooperative dei nanomotori stimolano le dinamiche collettive delle reti di rilevamento. I cambiamenti morfologici delle linee di rilevamento vengono utilizzati per spostare e riconfigurare i gruppi colloidali in modalità traslazionali, rotazionali e programmabili. Questo lavoro apre le porte a future applicazioni in macchine di precisione e materiali intelligenti.

I nanomotori in natura hanno ispirato gli scienziati a progettare motori molecolari artificiali per guidare il movimento di piccoli oggetti attraverso un’azione cooperativa. Sono stati fabbricati attuatori molecolari guidati dalla luce, ma l’uso della riorganizzazione cooperativa per controllare il trasporto di massa dei colloidi e per realizzare la ricostituzione dell’assemblaggio colloidale rimane impegnativo.

In questo lavoro, i vortici topologici sono impressi in monostrati di molecole di azobenzene che interagiscono con cristalli liquidi nematici (LC). Il riorientamento cooperativo guidato dalla luce delle molecole di azobenzene stimola il movimento collettivo delle molecole LC e quindi le evoluzioni spaziotemporali delle reti di rilevamento dei nematodi che sono determinate da modelli controllati di vortici. Le simulazioni continue forniscono una visione fisica del cambiamento morfologico delle reti di rilevamento.

Quando i microcolloidi sono dispersi nel mezzo LC, l’aggregazione colloidale non solo viene trasportata e ricostituita attraverso il cambiamento collettivo delle linee di rilevamento, ma è anche controllata dal panorama energetico elastico definito dai modelli guida pre-progettati. Il trasferimento di massa e la ricostituzione di aggregati colloidali possono anche essere programmati manipolando la polarizzazione radiativa. Questo lavoro offre opportunità per la progettazione di macchine colloidali programmabili e materiali compositi intelligenti.

Nello studio, il team ha anche dimostrato come i difetti topologici pre-progettati controllino il meccanismo di movimento delle particelle colloidali sulle linee di rilevamento, che sono determinate dalle proprietà elastiche della deformazione locale pre-progettata e dalla curvatura dei cristalli liquidi. Pertanto, il meccanismo fisico di questo autoassemblaggio colloidale programmabile guidato dalla luce risiede nella riorganizzazione cooperativa di macchine molecolari su nanoscala mediante la luce e l’interazione di macchine molecolari con molecole di cristalli liquidi viene utilizzata per controllare il cambiamento del nanofluido. orientamento molecolare del cristallo.

A causa della natura organizzata di vasta portata delle particelle di cristalli liquidi, viene indotto un cambiamento nell’orientamento delle particelle di cristalli liquidi di grandi dimensioni. Questo cambiamento macroscopico altera ulteriormente la microstruttura dei cristalli liquidi all’interno del campione attraverso la stabilizzazione della superficie, consentendo la riconfigurazione macroscopica verso le reti di rilevamento e l’autoassemblaggio colloidale.