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通过3D打印实现空间取向有序图案化的等离子体超材料凝胶

DOI：10.1021/acsomega.9b02418 期刊：ACS Omega 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 通过图案化主体材料并有序排列其纳米颗粒包合物，可在介观尺度上编程光学特性。虽然液晶常被用于定义分散于其中的纳米颗粒的有序排列，但这种方法通常仅限于经典几何结构中受限的液晶。本研究将液晶胶体主体对各向异性纳米颗粒包合物施加的取向序，与一种增材制造方法相结合，从而实现了共取向金纳米棒与纤维素纳米晶体的工程化宏观三维（3D）图案构建。这些凝胶展现出偏振依赖的等离激元特性——该特性源于由取向有序纤维素纳米晶体定义的主体介质各向异性光学特性、液晶中的金纳米棒包合物，以及通过3D打印实现的复杂空间图案三者间的独特相互作用。通过调控凝胶的有序度（即调节纤维素纳米晶体浓度），可精确控制这些由多重效应相互作用决定的光学特性。此类复合凝胶对偏振辐射的光学响应性，有望催生偏振敏感光学元件等独特技术应用。
作者： Ivan I. Smalyukh，Andrew J. Hess，Andrew J. Funk，Blaise Fleury，Joshua A. De La Cruz，Ghadah H. Sheetah，Qingkun Liu
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过图案化主体材料并有序排列其纳米颗粒掺杂物来研究介观尺度上光学性质的编程，特别关注液晶胶体主体材料的取向序与增材制造的结合，以创建共取向金纳米棒和纤维素纳米晶体的三维图案。

研究成果

该研究通过结合液晶胶体主体的取向有序性与增材制造技术，成功开发出具有可编程光学特性的等离子体超材料凝胶。这些凝胶展现出偏振依赖的等离子体特性，在偏振敏感光学元件领域具有应用潜力。将水凝胶转化为空气凝胶会进一步改变等离子体共振特性，为超轻材料提供了更多应用可能。

研究不足

该方法受限于需要对凝胶的有序性和CNC浓度进行精确控制以实现所需的光学性能。制造工艺也可能需要针对不同应用进行优化。

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