可重构胶体自组装新策略:哈尔滨工业大学（深圳）和成都理工大学研究团队合作新进展

研究背景

胶体自组装是指胶体粒子在特定作用下，自发地按照一定的规则或模式排列成更大尺度的有序结构。这一过程不仅为研究晶体成核、玻璃化转变等现象提供了模型体系，也成为制备催化材料、光电材料、传感器等功能性材料的基础。近年来，非平衡态下的活性胶体自组装吸引了广泛关注，因为它能在外部能量的驱动下展现出动态变化和自适应特性，具有高度复杂性和多样性。活性胶体自组装的一般结构单元是活性胶体，它是一种能够将外部能量（如化学能、电能、光能和磁能等）转化为自主运动的胶体粒子。这些活性胶体能够展现出丰富的自组装行为，但由于实时精准调控胶体自组装结构的难度较大，如何构建可重构的功能性材料仍是一个亟待解决的难题。

研究进展

本研究通过结合化学反应和电极化效应实现胶体粒子的可逆组装与原位调节。研究团队通过构建由活性粒子和惰性粒子组成的胶体自组装单元，成功实现了胶体粒子之间的吸引和排斥作用的调控，从而在化学场和电场的共同作用下原位控制胶体组装结构。

在该研究中，研究人员制备了Ag化学活性粒子，这些粒子与溶液中的H₂O₂反应产生化学梯度，激发泳动（phoresis）和渗流（osmosis）效应，从而吸引周围的惰性SiO₂粒子形成胶体粒子团簇。施加交流电场后，SiO₂粒子发生极化，产生偶极排斥力，进而促使其与活性粒子形成单层核壳状“胶体分子”组装结构。

为进一步提升可控性，研究团队还引入了光活性TiO₂胶体粒子，通过调节光场实现了胶体粒子的可逆组装。此外，研究人员还设计了光活性Janus TiO₂-SiO₂粒子，成功构建了不对称的胶体组装体，进一步拓展了胶体自组装的多样性。

为了验证可重构胶体自组装的效果，研究团队通过实时调节电场和光场参数，调控胶体粒子之间的吸引和排斥作用，实现了胶体分子结构的原位实时控制。例如，通过调整交流电场频率，研究人员能够调节惰性粒子之间的排斥作用，从而实时控制胶体分子的配位数。

未来展望

本研究通过化学反应和电极化的创新策略，实现了胶体粒子之间的可逆组装，并通过调节粒子间相互作用原位控制了胶体组装的结构和形状。这一可重构胶体自组装策略为设计自适应微纳米材料提供了新的视角，未来有望广泛应用于智能材料、响应性传感器、以及可重构器件等领域。