该团队开发了一种乳液气溶胶系统，可在空气中自组装

近日，中国科学院合肥物质科学研究所固体物理研究所纳米材料与器件技术研究部与美国加州大学河滨分校教授殷亚东合作，建立了新的临时乳液气溶胶体系，完成了不对称超结构自组装。相关研究结果最近在《先进材料》中公布。

打破传统：构建一个新的临时乳液气溶胶系统

在传统的乳液系统中，在表面张力的影响下，乳液液体自发地形成球形结构，这一特性在食品科学、生物医学、材料生成等领域得到了广泛的应用。然而，球形结构的对称性限制了其性能的进一步提高。

在乳液系统中引入不对称，有望显著增强结构的复杂性，甚至构建具有突破性特征的新型超结构。然而，如何克服界面张力的限制，实现不对称形态的构建，一直是一个极具挑战性的热学问题。传统方法是通过嵌套多相乳液或添加复杂的破乳剂来调节表面张力，从而形成嵌套的多种或多种乳液。然而，它面临着乳液系统极其不稳定、破乳剂容易造成污染、液体尺寸难以微米微缩化等瓶颈问题，这极大地限制了其后续实际应用。

基于以上原因，研究小组在最初提出的临时乳液系统中，创新性地提出了雾化二相液体后的交汇组合，成功构建了一个全新的临时乳液气溶胶系统。

该系统有三个突出的优点:无表面活性剂，利用两相界面的动态传播特性，实现表面张力自然接近于零，完全避免了传统破乳剂的污染，保证了功能单元的“本质性能”。;空气自组装，气溶胶环境完成快速清洁的生成过程，容易规模化;尺寸和外观可以调节，超结构的几何特征和物理化学特性可以通过调节雾滴的尺寸和浓度来设计。

基于该系统，以嵌套的临时乳液液体为模板进行限域自组装，可以制备出传统球形乳液无法实现的各种超结构。例如，研究小组成功实现了典型的半球超结构，单分散金纳米粒子有序组装。

应用价值：从微透镜到功能涂层

研究小组进一步揭示了该系统的自组装机制。由于密度差异，水相沉降在正丁醇液体底部，形成动态不对称界面;随后，纳米粒子自发聚集在快速扩散的两个相界面上，在金属扩散中引起类似“柯肯达尔效应”的溶剂不对称输送，导致超结构内部有选择性的空腔化;最后，形成复杂的超结构，如不对称半球、空心或多级。

基于这项技术，研究团队成功准备了具有放大倍数可调的二氧化硅微透镜超结构。这种新型微透镜可以显著提高光通量的数值孔径，有望突破传统光学显微镜的分辨率极限;而且它独特的可移除特性，在其他场景中表现出独特的优势，如观察珍贵的生物样本。

此外，临时乳液气溶胶的持续自组装能力可以直接在基底表面构建含有复杂微米级凹凸结构的涂层。这些涂层在微型发光二极管显示、光学器件等领域具有优异的光扩散性能(低雾度、高亮度)和广阔的实用价值。