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  當膠體粒子組裝成為二維或三維的上層結(jié)構時，往往產(chǎn)生不同于膠體粒子簡單加和的特殊集體行為，這使得膠體組裝成為膠體科學領域一個重點的研究方向。區(qū)別于傳統(tǒng)的熱力學平衡自組裝、電致組裝、磁致組裝技術，激光光場可在三維空間高度聚焦，并且具有偏振、強度等多個物理參量，這為膠體材料的組裝提供了空間分辨率和多個操控自由度，為膠體材料的微結(jié)構化、多樣化、高精度組裝提供了技術路徑。

  近日，清華大學孫洪波教授、李正操教授和林琳涵副教授在《Advanced Functional Materials》期刊上發(fā)表了題為“Light-Directed Assembly of Colloidal Matter”的綜述文章，該文章從晶體學的獨特角度，將膠體物質(zhì)的光學組裝過程類比為原子的形核、結(jié)晶、和生長的過程，探討了光在膠體材料的成核、擴散、鍵合、生長等過程中的作用機制和技術發(fā)展現(xiàn)狀，梳理了光誘導光力、熱泳、流場所產(chǎn)生的形核、富集等效應對膠體組裝過程的影響規(guī)律。

 圖1 光誘導膠體材料組裝技術與應用

  由于膠體原子的成分和排列方式不同，光誘導組裝的膠體材料具有不同的光機電功能性。例如光誘導組裝的膠體材料可用于光控微機械、手性光學器件等（圖2）。

 圖2 光誘導組裝的膠體材料在微機械和功能光學器件中的應用

  此外，由于光能夠?qū)δz體粒子進行遠程、定域操縱，光誘導組裝的膠體材料也可應用于生命科學領域。例如，利用光的熱效應進行組織3D打印，實現(xiàn)低閾值高效率的快速生物組織制造。此外，利用光誘導磁性粒子的組裝，實現(xiàn)藥物的靶向輸運等（圖3）。

圖3 光誘導組裝在生物領域的應用

  論文鏈接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202104649

作者介紹

  孫洪波，清華大學長聘教授，長江學者特聘教授，國家杰出青年基金獲得者、全國百篇優(yōu)博指導教師。主要研究方向為利用超快激光微納加工技術制備微光學、微電子、微機械、微流控、微光電、傳感、生物和仿生結(jié)構與器件，探索其工業(yè)與國防前沿應用；利用超快光譜技術研究太陽能電池、有機發(fā)光器件和低維量子體系的光電和電光轉(zhuǎn)換動力學。圍繞上述研究內(nèi)容，發(fā)表SCI論文400余篇，被SCI論文引用近20000次，H因子65；電氣電子工程師（IEEE）學會Fellow、國際光學工程學會（SPIE）Fellow、美國光學學會（OSA）Fellow，中國光學學會（COS）Fellow；任《自然》出版集團雜志Light Science &Applications雜志執(zhí)行主編，任Optics Letters、Nanoscale等十余個國內(nèi)外雜志編委或顧問編委，任中國光學學會微納光學專業(yè)委員會主任、國務院學位委員會學科評議組成員、自然科學基金重大項目負責人。

  李正操，清華大學材料學院長聘教授、博士生導師。

  1994年考入清華大學材料科學與工程系，1999年免試攻讀博士學位，2003年獲工學博士學位，同年受聘日本東京大學量子工程與系統(tǒng)科學系，任助理教授。2006年回國，在清華大學執(zhí)教至今。

  研究方向主要為材料設計與輻照效應、核能材料與系統(tǒng)安全、光電與能源納米材料。曾任國際核能維護科學與技術大會主席，現(xiàn)為中國能源研究會核能專業(yè)委員會副主任委員、中國材料研究學會青年工作委員會副秘書長、中國核學會核材料分會常務理事、中國核學會輻照效應分會理事、國際輻照損傷機制委員會（IGRDM）委員、國家核電廠安全及可靠性工程技術研究中心技術委員會委員、先進能源研究與創(chuàng)新中心高新材料專家委員會委員等。

  林琳涵，清華大學精密儀器系副教授，博士生導師。在2008年和2013年先后獲得清華大學材料學院學士學位和博士學位，隨后在密歇根大學迪爾伯恩分校、德州大學奧斯汀分校從事博士后研究。美國光學學會、中國光學學會高級會員，中國感光學會光學精密成型專業(yè)委員會委員，中國光協(xié)激光應用分會青年委員。任Crystals客座編輯、Frontiers in Nanotechnology、Frontiers in Physics編委，Exploration、Ultrafast Science、光子學報青年編委，主要研究方向為納米光學，光力學，二維材料光子學、量子光學材料與器件。目前已發(fā)表SCI論文50余篇，其中以第一作者或通訊作者身份在Nature Photonics、Science Advances、Materials Today、Accounts of Chemical Research、Nano Letters、ACS Nano、Light: Science and Applications、Advanced Functional Materials 等期刊上發(fā)表論文30余篇。研究成果被Science、Nature Photonics、Discovery Channel等刊物和媒體專題報道100余次，其中部分工作被Nature 2018年諾貝爾物理學獎專刊、美國光學學會Optics in 2018收錄。