软物质材料的制备、性能表征和光学应用研究已成为当前研究的热点。蓝相液晶作为典型的软物质材料，介于各向同性态和胆甾相之间的相态，具有不同的晶体对称性，从各向同性态开始降温，依次出现非晶态蓝相III (BPIII)，具有O2 (P4232)对称性的蓝相II (BPII)和具有O8 (I4132)对称性的蓝相I (BPI)。目前，仍缺乏对蓝相液晶BPIII，BPII和BPI间的相变过程的动态研究，其相变机理仍不甚清楚。
近日，中国科学院理化技术研究所仿生材料与界面科学中心江雷院士、王京霞研究员联合华东理工大学郑致刚教授、复旦大学、中国科学院化学研究所和日本中央大学等单位，在Nature Communications刊发了最新研究成果——《软超材料非扩散相变：从非晶态到简单立方和体心立方结构》。基于理化所前期研究发展的超稳定聚合物蓝相液晶光子晶体膜的制备（耐温范围 -190 ℃~350℃），结合透射电镜、二维光学表征、同步辐射、原位激光及偏光显微镜对蓝相液晶实空间微观尺度和倒空间的动态观察，揭示蓝相液晶BPIII
BPII和BPIII
BPI是非扩散相变过程，BPII
BPI之间是热弹性马氏体相变过程。利用蓝相液晶的非扩散相变特征，制备了大色块多畴蓝相液晶膜，实现了60 μm晶畴的微区激光和温度可调控二进制三进制二进制码。另外，还以BPII
BPI热弹性马氏体相变为模型，证明热弹性马氏体相变过程是具有两步转变过程。
相关研究结果以 “Diffusionless transformation of soft cubic superstructure from amorphous to simple cubic and body-centered cubic phases”发表在Nat. Commun. 2021,12:3477 https://doi.org/10.1038/s41467-021-23631-w。该文章通讯作者为中国科学院理化技术研究所仿生材料与界面科学中心王京霞研究员和华东理工大学郑致刚教授。第一作者为中国科学院理化技术研究所研究生刘捷。中科院理化所江雷院士和日本中央大学Tomiki Ikeda教授为本研究提供了专业的指导和帮助。复旦大学石磊教授团队帮助完成了能带结构的测试和模拟计算。中科院化学所关波老师为蓝相液晶微纳结构表征提供了指导和帮助。中科院理化所金峰老师在蓝相液晶激光实验和理论给予了指导和帮助。中科院高能物理所默广老师在同步辐射小角X射线衍射的测试方面给予了指导和帮助。
图1. 蓝相液晶相变过程中织构的演变，聚合物稳定蓝相液晶在Stage IV具有-190-340 ℃的温度稳定性
图2. 透射电子显微镜（TEM）和同步辐射小角X射线衍射（Syn-SAXS）表征单相的BPI和BPII
图3. TEM和Syn-SAXS表征Stage IV中核壳结构的BPII/BPI，BPIII/BPI，和BPIII/BPII晶界
图4. 非扩散相变中晶面关系的角度分辨微区光谱（ARM）测试和模拟
图5. 二进制/三进制二维码
图6. 温度可调二进制/三进制二维码防伪应用
图7. 热弹性马氏体相变过程中的带边激光研究
相关研究工作得到科技部纳米科技重点专项、国家自然科学面上基金项目的大力支持。
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