近日，清华大学孙洪波教授、李正操教授和林琳涵副教授在Advanced Functional Materials 期刊上发表了题为“Light-Directed Assembly of Colloidal Matter”的综述文章，该文章从晶体学的独特角度，将胶体物质的光学组装过程类比为原子的形核、结晶、和生长的过程，探讨了光在胶体材料的成核、扩散、键合、生长等过程中的作用机制和技术发展现状。最后，文章介绍了光诱导组装体系在催化、微机械与药物递送等领域的应用（图1），并对光诱导胶体材料组装技术进行了展望。
胶体粒子是一类尺度在纳米到微米的材料，胶体粒子组装成为一定的结构时，往往能够产生特殊的集体行为，这使得胶体组装成为胶体科学领域的一个重点的研究方向。激光光场具有高度聚焦的能力，具有偏振、强度等多个物理量，为胶体材料组装提供了更高的空间分辨率和更多的操控自由度，相较于传统的热力学平衡自组装、电致组装、磁致组装，为微结构化、多样化和高精度组装提供了技术路径。
本文在总结近期光诱导胶体组装工作的基础上，把胶体粒子比作“人工原子”，从材料的形核、富集、生长的过程，对激光在光诱导胶体粒子组装不同阶段的作用进行了梳理。比如，激光可以通过光力形成最初的形核，也可以通过气泡提供形核所需的异质界面；激光能够通过热泳引导胶体粒子的聚集，也能通过引导对流实现粒子定向的输运富集；激光还能诱导粒子间产生不同的作用力。本文系统地总结了光与胶体材料各种相互作用以及技术，介绍了不同技术的优劣，并强调了相较于原子形核结晶生长形成材料，胶体粒子作为“人工原子”具有更广泛的可操纵性，进而使得胶体组装体系产生了超过材料组装的性质。
结合胶体粒子自身的性质以及组装体展现的集体行为，光诱导组装体系能够被用在催化、微机械与生物等多个领域。文章介绍了光诱导组装控制催化过程，形成可重构手性光学器件与药物递送等方面的应用。最后，文章对光诱导胶体粒子组装技术进行了展望，着重强调了增进对热力学平衡的理解、提升组装效率与引进基片无关的光操纵技术的重要性。
该论文的第一作者为清华大学材料学院博士生陈学广，通讯作者为孙洪波教授、李正操教授和林琳涵副教授。
Light-Directed Assembly of Colloidal Matter
Xueguang Chen, Linhan Lin, Zhengcao Li, Hong-Bo Sun
Adv. Funct. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adfm.202104649
孙洪波，清华大学长聘教授，长江学者特聘教授，国家杰出青年基金获得者、全国百篇优博指导教师。主要研究方向为利用超快激光微纳加工技术制备微光学、微电子、微机械、微流控、微光电、传感、生物和仿生结构与器件，探索其工业与国防前沿应用；利用超快光谱技术研究太阳能电池、有机发光器件和低维量子体系的光电和电光转换动力学。围绕上述研究内容，发表SCI论文400余篇，被SCI论文引用近20000次，H因子65；电气电子工程师（IEEE）学会Fellow、国际光学工程学会（SPIE）Fellow、美国光学学会（OSA）Fellow，中国光学学会（COS）Fellow；任《自然》出版集团杂志Light Science &Applications杂志执行主编，任Optics Letters、Nanoscale等十余个国内外杂志编委或顾问编委，任中国光学学会微纳光学专业委员会主任、国务院学位委员会学科评议组成员、自然科学基金重大项目负责人。
https://www.x-mol.com/university/faculty/60750
李正操，清华大学材料学院长聘教授、博士生导师。1994年考入清华大学材料科学与工程系，1999年免试攻读博士学位，2003年获工学博士学位，同年受聘日本东京大学量子工程与系统科学系，任助理教授。2006年回国，在清华大学执教至今。
研究方向主要为材料设计与辐照效应、核能材料与系统安全、光电与能源纳米材料。曾任国际核能维护科学与技术大会主席，现为中国能源研究会核能专业委员会副主任委员、中国材料研究学会青年工作委员会副秘书长、中国核学会核材料分会常务理事、中国核学会辐照效应分会理事、国际辐照损伤机制委员会（IGRDM）委员、国家核电厂安全及可靠性工程技术研究中心技术委员会委员、先进能源研究与创新中心高新材料专家委员会委员等。
https://www.x-mol.com/university/faculty/17860
林琳涵，清华大学精密仪器系副教授，博士生导师。在2008年和2013年先后获得清华大学材料学院学士学位和博士学位，随后在密歇根大学迪尔伯恩分校、德州大学奥斯汀分校从事博士后研究。美国光学学会、中国光学学会高级会员，中国感光学会光学精密成型专业委员会委员，中国光协激光应用分会青年委员。任Crystals客座编辑、Frontiers in Nanotechnology、Frontiers in Physics编委，Exploration、Ultrafast Science、光子学报青年编委，主要研究方向为纳米光学，光力学，二维材料光子学、量子光学材料与器件。目前已发表SCI论文50余篇，其中以第一作者或通讯作者身份在Nature Photonics、Science Advances、Materials Today、Accounts of Chemical Research、Nano Letters、ACS Nano、Light: Science and Applications、Advanced Functional Materials 等期刊上发表论文30余篇。研究成果被Science、Nature Photonics、Discovery Channel等刊物和媒体专题报道100余次，其中部分工作被Nature 2018年诺贝尔物理学奖专刊、美国光学学会Optics in 2018收录。
https://www.x-mol.com/university/faculty/257818
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