德克萨斯A&M大学的范达纳·苏雷什 装有磷酸锆的小瓶，浓度从左到右递增
信用:德州农工大学；m大学 作为固体和液体的双重生命，液晶占据了创造更小、更快、更高效技术的中心舞台
即使在单个粒子的水平上，液晶也可以弯曲光线，并对外力(如电场或物理推拉)做出反应
因此，少量的液晶通常足以在许多应用中实现高性能，从显示屏到太阳能电池板
但是，为了充分利用液晶的奇妙特性，必须系统地组装其组成粒子
在一项新的研究中，德克萨斯A& M大学的研究人员发现，对一种叫做磷酸锆的化合物的稀释混合物施加微小的温差会引发其液体结晶
研究人员说，随着磷酸锆颗粒向更高的温度移动，它们开始相互对齐，最终变成纯液晶
“我们的研究是第一个证明概念的研究，表明温度梯度是组装高质量液晶的有效而简单的工具，”博士说
郑东程，阿蒂麦克费林化工系教授
“此外，我们的研究结果表明，我们可以通过改变温度来移动液晶，这种特性有可能被用来将液晶颗粒从一个地方转移到另一个地方，从而为超越目前通常与液晶相关的应用铺平了道路
" 研究人员将他们的发现发表在十月号的《美国化学学会纳米》杂志上
液晶代表一种介于固体和液体之间的物质状态
像固体中形成晶体的分子一样，液晶中的分子以半系统的方式排列，就像半满停车场中的汽车
但是液晶也是流动的，可以像液体一样呈现任何形状
此外，在它们的液晶形象中，材料经常表现出奇异的性质
例如，它们响应电场分裂光束或改变分子排列
但是一种材料能否呈现液晶状态取决于其组成粒子的整体形状
由球形粒子组成的物质不会形成液晶
另一方面，由细长如杆或扁平如盘的颗粒组成的材料确实会形成液晶
程和他的团队对磷酸锆特别感兴趣，因为它的盘状颗粒能够在液晶状态下自组装成更大、更平的二维结构
“自然界中发现的许多颗粒，如红细胞、核小体和粘土颗粒，都是圆盘状的，在适当的条件下，它们可以自组装成液晶，”程说
“因此，我们使用磷酸锆作为替代物，研究是否有一种方法可以通过实验控制这些粒子的液体结晶
" 如果在水中加入足够多的磷酸锆，磷酸锆就可以自己组装成液晶
但是得到的液晶通常有缺陷并且不稳定
于是，程和他的团队想出了一个替代方案
程之前已经表明，应用温差可以使球形粒子聚集成晶体块
利用同样的原理，他的团队研究了不同的温度是否可以用来将磷酸锆组装成液晶
在他们的实验中，德克萨斯A&M团队将磷酸锆和水混合，并将其装入两英寸长的细管中，确保磷酸锆的量足够少，不会引发自动液体结晶
接下来，他们加热的方式是让管子两端的温差在10度左右
不到一个小时，程和他的团队发现，管子较冷端的磷酸锆颗粒开始向较暖端蠕动，引发管子较暖端的液体结晶
该研究的主要作者、德克萨斯A&M工程学院的研究生黄大力说:“就像沸水锅里的水从底部热的地方循环到容器顶部冷的地方一样，我们管子里的水也从较暖的温度循环到较冷的温度。”
因此，磷酸锆颗粒也沿着水流的方向移动，并排列成液晶
“研究人员推测，流水的推动帮助磷酸锆颗粒系统地定位，直到它们形成液晶
此外，他们发现用温度梯度制造的液晶比用其他方法制造的液晶缺陷少
程指出，他们的发现为在各种环境中使用打开了新的大门
“由于它们的形状，圆盘状的颗粒比它们的体积有更大的表面积，”程说
“例如，如果我们想到下一代生物医学装置，我们就有可能利用这种几何形状将药物颗粒装载到它们的平坦表面上，然后改变温度，将它们输送到身体的特定部位
"
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