近日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員喻學鋒與香港城市大學教授朱劍豪合作，在納米自組裝三維超晶格光學芯片領域取得新突破。相關論文Evaporative Self-Assembly of Gold Nanorods into Macroscopic 3D Plasmonic Superlattice Arrays (DOI: 10.1002/adma.201505617) 已被材料學刊物Advanced Materials封面報道(Inside Front Cover)。

　　納米超晶格（superlattice）是一種由納米顆粒周期性有序堆積而形成的新型超材料。超晶格結構中，有序排列的相鄰納米顆粒在光、電、磁等作用下會彼此互相作用，從而產生納米顆粒本身不具備的整體集合性能，因而，納米超晶格被認為是納米材料向宏觀器件的有效過渡，在顯示、傳感、太陽能電池、光纖通信等領域有著巨大的應用潛力。液滴揮發自組裝技術是構筑超晶格結構的一種簡單有效的傳統方法。然而，溶劑揮發過程中，液滴內部的外向毛細流動會將懸浮的顆粒攜帶至液滴邊緣，并在邊緣沉積形成環狀。這種人們熟知的“咖啡圈效應”（coffee-ring effect）往往導致納米顆粒的不均勻沉積，從而嚴重影響其排列和有序自組裝。因此，如何抑制“咖啡圈效應”，構筑宏觀尺度的納米自組裝超晶格結構，是目前國際上相關領域所亟待解決的難點問題。

　　為解決這一難題，該課題組成員李鵬輝、李泳等研究建立了一種反咖啡圈效應的方法，可有效控制液滴蒸發過程顆粒在基底表面的自組裝行為。以金納米棒為例，通過簡單調控顆粒的表面化學性質和基底特性，即可實現金納米棒致密、規則、垂直的超大規模自組裝排列，成功實現構筑厘米尺度的三維超晶格結構，展現出極好的拉曼增強效應和光學均勻性。并且，通過詳細的機理分析，給出了構筑這種三維超晶格的有效方法，可推廣到各種不同的納米材料。

　　該項成果實現了厘米尺度三維超晶格光學芯片的大規模制備，可廣泛用于表面增強拉曼光譜（SERS）、熒光增強、太陽能電池、生物芯片等諸多領域；更為重要的是，該項成果為突破“咖啡圈效應”的限制，實現超大規模納米自組裝提供了一種簡單有效的方法，在納米材料與宏觀應用之間搭建起了橋梁，對納米科學的發展具有重要意義。

　　該課題獲得國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、深圳市科創委等項目資助。 

　　圖：(a)Advanced Materials封面圖片；(b) 液滴揮發自組裝過程示意圖；(c) 液滴揮發自組裝過程；（d-i）納米金超晶格結構三維圖和掃描電子顯微鏡照片。