Coupling morphological and magnetic anisotropy for assembling tetragonal colloidal crystals.
Coupling morphological and magnetic anisotropy for assembling tetragonal colloidal crystals.
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DOI：
10.1126/sciadv.abh1289
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发表时间：
2021-09-10
期刊：
影响因子：
13.6
通讯作者：
Yin Y
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li Z;Qian C;Xu W;Zhu C;Yin Y
纳米棒可以沿着大小相关的临界角被磁性组装成四边形胶体晶体。形态各向异性和磁性各向异性可以在胶体组合中结合，以创建非常规的二级结构。我们在这里展示了磁铁矿纳米棒沿着一个临界角相互作用，这取决于它们的长宽比，并组装成以身体为中心的四方胶体晶体。在磁场作用下，纳米棒的两端和中心分别形成大小相关的吸引域和排斥域。我们的联合实验-计算多尺度研究表明，在吸引域中存在一个临界角，它定义了相互作用棒的平衡键合状态，并导致非紧密排列但硬接触的四方晶体的形成。小角度x射线散射测量将完美的四方相归因于缓慢的装配动力学。晶体表现出明亮的结构颜色，可以通过改变磁场方向来主动调谐。这些高度有序的框架和定义良好的三维纳米通道可能为操纵纳米级化学转化、质量传递和波传播提供新的机会。
Nanorods can be magnetically assembled into tetragonal colloidal crystals along a size-dependent critical angle. Morphological and magnetic anisotropy can be combined in colloidal assembly to create unconventional secondary structures. We show here that magnetite nanorods interact along a critical angle, depending on their aspect ratios and assemble into body-centered tetragonal colloidal crystals. Under a magnetic field, size-dependent attractive and repulsive domains develop on the ends and center of the nanorods, respectively. Our joint experiment-computational multiscale study demonstrates the presence of a critical angle in the attractive domain, which defines the equilibrium bonding states of interacting rods and leads to the formation of non–close-packed yet hard-contact tetragonal crystals. Small-angle x-ray scattering measurement attributes the perfect tetragonal phase to the slow assembly kinetics. The crystals exhibit brilliant structural colors, which can be actively tuned by changing the magnetic field direction. These highly ordered frameworks and well-defined three-dimensional nanochannels may offer new opportunities for manipulating nanoscale chemical transformation, mass transportation, and wave propagation.
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