軟物質相結構裡程碑！華南理工大學科研團隊在軟物質本體中首次發現Z相
近日，華南理工大學華南軟物質科學與技術高等研究院程正迪院士、黃明俊特聘研究員團隊的一項最新研究成果在國際權威期刊《自然-化學》(Nature Chemistry)上發表。該成果披露，中國科學家首次在軟物質本體中發現Z相，與A15相、C15相共同組成了構建其餘27種「F-K相」的三種基本相結構。
「掌握基礎科學的最前沿，有助於推進高分子新材料產業化發展，相信不遠的將來我們通過這些軟物質基礎結構的研究賦予高分子材料全新的性能。」黃明俊向記者說。
新結構有望賦予材料新性能
縱觀人類科學史，對微觀物質世界的認識是無窮盡的。上世紀80年代，準晶體的發現將晶體學的範疇由230個空間群拓展到了無窮多的可能，人們也逐漸擺脫了除了晶體就是非晶體這種固有認知。
早在準晶被發現之後，科學家便發現一種介於晶體結構與準晶結構之間、具有拓撲密堆積的結構，這就是在報導開頭出現過的Frank-Kasper相，即F-K相。F-K相具有與準晶結構相似的排列方式，通常被稱之為準晶的類似結構。目前，已有27種F-K相在合金中被發現，這27種F-K相可以由三種基本的F-K相構成，它們分別是A15相，C15相和Z相。
在軟物質的本體自組裝中，自1997年Virgil Percec教授發現A15相，2017年Frank S. Bates教授發現了C15相後，Z相成了僅剩的未被發現的重要拼圖。
困難也是顯而易見的。Z相需要由體積比差異較大的多種球狀基元構成，同時這些球狀基元需要有較大的平均配位數。在單組分軟物質中，同時滿足這個條件是個艱巨的挑戰。
針對這一難題，華南理工大學團隊巧妙地設計了一系列基於苯並菲與籠型倍半矽氧烷(POSS)的巨型形狀兩親體，通過精確調控苯並菲與籠型倍半矽氧烷的連接片段，該系列巨型分子得到了一系列稀有的相結構，其中包括了在軟物質中首次發現的Z相。
在《自然-化學》同期發表的專門評述中指出，該工作揭示了通過超分子球組裝得到F-K相的所有三個基石結構的能力，也暗示了合理設計分子性質調節F-K結構策略的可能性。該評述作者指出：「該方法使得那些由較大體積比組裝基元構成的相結構在單組分軟物質中不再遙不可及，而且隨著新結構的發現，可能會給材料帶來不一樣的性能。」
依託華工平臺輸出科研成果
黃明俊介紹，整個項目的科研攻關前前後後經歷了三年多，項目成果的發表離不開華南理工大學科研團隊的共同努力。
「先做好基礎科研，再面向廣東和國內需求，產學研緊密結合是我們團隊的一貫傳統。」黃明俊說，在高分子材料領域，需要對物質結構有非常深入的了解，才能促使材料表現出優異的性能。他認為，華南理工大學在軟物質尤其是高分子結構研究領域已經達到世界前沿水平，未來將以此為基礎更加集中在高分子新材料的開發，希望有越來越多的成果應用和落地在廣東。
2016年5月，華南軟物質科學與技術高等研究院成立，成為華南理工大學探索建設世界一流研究機構、軟物質領域世界一流創新人才培養基地的重要抓手。目前該研究院已經幫助華南理工大學首次實現牽頭主持國家自然科學基金委重大項目「先進光學膜材料多重尺度結構調控及功能實現」。
此外，華南軟物質科學與技術高等研究院還在華南理工大學「新工科」人才培養方面起到重要支撐。今年9月，華南理工大學廣州國際校區剛剛啟用並迎來首批本科生進駐。該校區分子科學與工程學院的本科生教學和學業導師任務由華南軟物質科學與技術高等研究院擔綱，由程正迪院士擔任該學院院長。首批約60名本科生將採取全程導師制培養。
南方日報記者 杜瑋淦 通訊員 華軒