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  近日，上海科技大學物質學院陳剛教授課題組在膠體納米顆粒自組裝研究方面再次取得重要進展。該研究應用同步輻射X射線小角散射（SAXS）手段，原位觀測了膠體液滴的蒸發自組裝過程，揭示了膠體粒子的結構演變和蒸發動力學過程。日前，該成果以“Dynamic Crystallization and Phase Transition in Evaporating Colloidal Droplets”為題，在知名學術期刊《Nano Letters》上在線發表。

  膠體液滴蒸發是自然界中普遍存在的現象，也是一種理想的構建大規模微納米結構的途徑。單分散的膠體粒子可以自組裝形成有序陣列，成為功能材料的構建模塊。然而，目前對于膠體液滴的蒸發過程尚有很多未知因素，例如蒸發動力學與膠體結晶過程的關聯、濃度對于膠體相轉變的影響等。

  針對這一重要問題，陳剛教授課題組應用同步輻射原位X射線小角散射和準原位電子顯微鏡技術，揭示了聚苯乙烯微球膠體液滴在液-固相轉變過程中的結構演化和蒸發動力學。研究人員首次發現了膠體液滴中的面心立方(fcc)、隨機六方密堆(rhcp)和隨機密堆(rcp)結構的異質結晶過程，結合體積分數擬合和Onsager原理，對蒸發過程中的膠體濃度梯度、凝膠化和空腔形成進行定量分析。

圖1:同步輻射X射線小角散射實驗布局和數據分析

  該項工作揭示了蒸發過程中膠體粒子的結晶機制，發現了膠體結晶結構異質性和蒸發動力學之間的密切聯系。這是該課題組利用同步輻射原位表征技術研究膠體自組裝行為的一系列成果之一。

圖2:干燥后膠體液滴形成的超晶格結構的電鏡分析

  上海科技大學物質學院2015級博士研究生王嘯為文章第一作者，陳剛教授為通訊作者，上科大為第一完成單位。該研究得到了國家自然科學基金、上海市科委、上科大啟動經費及上海光源的大力支持。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b03633