据麻省理工学院研究人员称，自组装材料称为嵌段共聚物，已知会形成各种可预测的规则图案，现在可以制成更复杂的图案，可能开辟新的材料设计领域。
新发现出现在Nature Communications杂志上，博士后Yi Ding，材料科学与工程教授Alfredo Alexander-Katz和Caroline Ross等人的论文中。
“这是一个在某种意义上偶然发现的发现，”亚历山大 - 卡茨说。“每个人都认为这是不可能的，”他说，描述了团队发现的一种现象，即聚合物能够以偏离规则对称阵列的模式自组装。
自组装嵌段共聚物是这样的材料，其最初无序的链状分子将自发地排列成周期性结构。研究人员发现，如果在基板上产生重复的线或柱的图案，然后在该表面上形成嵌段共聚物的薄膜，则来自基板的图案将在自组装材料中复制。但是这种方法只能生成简单的图案，例如点或线的网格。
在新方法中，存在两种不同的不匹配模式。一种是来自蚀刻在基底材料上的一组柱或线，另一种是由自组装共聚物产生的固有图案。例如，在基底上可以存在矩形图案，并且共聚物自身形成六边形网格。人们可能会认为生成的嵌段共聚物排列很差，但这不是团队发现的。相反，“它正在形成更加意想不到和复杂的东西，”罗斯说。
结果是一种微妙但复杂的顺序 - 互锁区域形成了略微不同但规则的图案，类似于准晶体，它们不像普通晶体那样重复。在这种情况下，图案确实重复，但距离比普通晶体更长。“我们正在利用分子过程在表面形成这些图案”，使用嵌段共聚物材料，Ross说。
研究人员表示，这可能为光学系统或“等离子体装置”制造具有定制特性的新方法打开了大门，其中电磁辐射以精确调谐的方式与电子共振。这种装置需要非常精确的定位和具有纳米级尺寸的图案的对称性，这种新方法可以实现。
Katherine Mizrahi Rodriguez作为本科生参与了该项目，他解释说，该团队准备了许多这些嵌段共聚物样品，并在扫描电子显微镜下进行了研究。艾丁在博士论文中为此工作，“开始一遍又一遍地看看是否有任何有趣的模式出现，”她说。“那时所有这些新发现都有所发展。”
由此产生的奇怪图案是“聚合物想要形成的图案与模板之间受挫的结果，”Alexander-Katz解释道。他说，这种挫败感导致原始对称性的破坏以及在其中形成具有不同对称性的新子区域。“这就是大自然所提出的解决方案。试图融入这两种模式之间的关系，它提出了第三种破坏它们两种模式的东西。” 他们将新模式描述为“超晶格”。
创建了这些新颖的结构后，团队继续开发模型来解释这个过程。共同作者Karim Gadelrab博士19说，“模拟工作表明，新兴模式实际上是热力学稳定的，并揭示了新模式形成的条件。”
丁说：“我们完全从热力学的角度理解系统，”自组装过程“使我们能够创造出精美的图案，并获得一些难以制造的新对称性。”
他说，这消除了光学和等离子体材料设计中的一些现有限制，从而为材料设计“创造了一条新路径”。
到目前为止，团队所做的工作一直局限于二维表面，但在正在进行的工作中，他们希望将这一过程扩展到第三维，Ross说。“三维制造会改变游戏规则，”她说。她表示，目前微型设备的制造技术可以一次构建一层，但“如果你可以一次性在3-D中构建整个对象”，这可能会使这个过程更加高效。