膠體粒子是具有不同大小和組成的，穩定分散在液體環境中的尺度在納米到微米的微觀固體粒子。這些膠體粒子在恰當的條件下，會如同原子形核生長組成物質般通過自組裝或定向組裝得到具有特定結構的膠體物質。過去幾十年中，膠體粒子的自組裝和定向組裝得到了人們的廣泛關注。相比于熱力學自組裝，在電場、磁場、聲場或光場作用下的定向組裝能夠更好地設計具有複雜幾何形狀的膠體物質。而相比于其他外場，激光極高的精度和豐富的光與物質相互作用機制為膠體材料的微結構化、多樣化、高精度組裝提供了技術路徑。

近日，beat365李正操教授課題組和精儀系孫洪波教授、林琳涵副教授課題組在系統總結目前的光誘導組裝工作的基礎上，從晶體學的獨特角度，将膠體物質的光學組裝過程類比為原子的形核、結晶、和生長的過程，串聯介紹了光在不同階段的作用（圖1），探讨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展現狀，梳理了光誘導光力、熱泳、流場所産生的形核、富集等效應對膠體組裝過程的影響規律。

圖1原子組裝與膠體組裝的對比

光能夠通過光力形成勢阱或通過産生氣泡提供異質形核界面的方式促進膠體粒子的定點形核。在生長過程中，光能夠通過誘發熱泳或者引發對流的方式，增強膠體溶液中的傳質過程，以加速膠體物質的生長。光能夠引發包括光結合力、耗盡力在内的多種膠體粒子間作用力，其中最強的範德華力能夠在粒子間産生超過10nN的作用力，這種光緻粒子間作用力能夠實現可重構或永久的膠體物質（圖2）。

圖2光在形核、富集、生長過程中的部分原理示意圖

光誘導組裝體系結合了膠體顆粒自身性質與組裝産生的集體行為，擴展了膠體材料的性質，在很多領域有着廣泛的應用。文章綜述了目前光緻組裝體系在催化、微機械與手性光學器件，以及生物領域的應用。文章也分析了目前光緻組裝體系存在的一些問題，指出光誘導膠體組裝技術的未來發展将依賴于對光學組裝過程中光物質相互作用的更好理解，以便更好地控制膠體物質的幾何形狀，得到更精确的設計和更加複雜的應用。

本工作圍繞光誘導組裝技術與展望，以“光誘導膠體物質的組裝”（Light-Directed Assembly of Colloidal Matter）為題3月23日在線發表在國際材料領域著名學術期刊《先進功能材料》（AdvancedFunctionalMaterials）上。

beat365李正操教授課題組主要緻力于材料輻照效應、載能束—材料相互作用、核能材料與系統安全的研究。精儀系孫洪波教授、林琳涵副教授課題組主要緻力于超快激光超精密制造、激光微操縱與超精密光學表征技術的研究。

beat3652019級博士生陳學廣為論文第一作者，通訊作者為林琳涵副教授、李正操教授和孫洪波教授。相關研究工作得到了國家自然科學基金和國家重點研發計劃的支持。

論文鍊接

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