他，把研究做到极致！时隔3年，发完Nature再发Nature Materials！

研究背景

胶体晶体是由微米级胶体颗粒组成的有序结构，在物理、化学和材料科学领域中具有广泛的应用前景。然而，由于传统的结构表征技术对于胶体晶体的内部结构和动态行为的限制，对其进行准确观察和分析一直是一个挑战。近年来，随着研究者对胶体晶体内部结构的兴趣增加，三维共聚焦显微镜等高级成像技术的发展为解决这一难题提供了新的可能性。

胶体晶体的内部结构对其性质和应用具有重要影响，但传统的结构表征方法通常只能提供表面信息，而无法深入探究其内部结构。尤其是在观察胶体晶体中的缺陷、孪生和动态行为方面存在着挑战。因此，寻找一种能够准确且非破坏性地观察胶体晶体内部结构和动态的方法成为当前研究的热点。

尽管许多科学家提出了利用高级成像技术，如三维共聚焦显微镜，来观察胶体晶体的内部结构和动态行为。然而，现有的挑战之一是胶体颗粒的折射率与周围介质的折射率之间的差异，这会导致激光光线在成像过程中的散射，影响了成像质量和准确性。因此，寻找一种有效的方法来解决这一挑战，以实现对胶体晶体的高分辨率、高质量的三维成像，成为当前研究的迫切需求。

成果简介

为了解决这一问题，美国纽约大学（New York University）Glen M. Hocky & Stefano Sacanna等科学家提出了利用索引匹配的荧光标记的胶体颗粒的方法，通过将这些颗粒与周围介质的折射率相匹配，从而减少光线的散射，实现对胶体晶体的高质量三维成像。这种方法在实验中得到了初步的成功，并为胶体晶体内部结构和动态行为的研究提供了新的可能性。以上成果在 Nature Materials上发题“Enabling three-dimensional real-space analysis of ionic colloidal crystallization”的最新论文。

本研究旨在利用索引匹配的荧光标记的胶体颗粒来实现对胶体晶体内部结构和动态行为的高分辨率、高质量的三维成像，以探究胶体晶体的内部结构和动态行为。通过建立一种稳健的成像平台，结合先进的成像技术，我们将能够深入理解胶体晶体的内部结构和动态行为，为其在材料科学、纳米技术等领域的应用提供重要的理论和实验基础。

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资料显示，三年前，针对“胶体”材料研究，来自纽约大学的Stefano Sacanna教授于2021年以题为“Transmembrane transport in inorganic colloidal cell-mimics”发表在《Nature》上，引起了不小的关注！

研究亮点

1.三维结构成像技术创新：通过共聚焦显微镜技术和荧光标记的胶体颗粒，实现了对胶体晶体的三维结构进行实时成像和分析。这一创新技术克服了以往只能从外部推断晶体行为的局限性，为观察晶体内部结构和动态行为提供了全新的视角。

2.离子胶体晶体的内部分析：针对离子胶体晶体的研究，采用了新颖的荧光标记和内部分析方法，可以精确地观察和理解晶体内部的结构和动态变化。这一方法的开发填补了对复杂晶体内部结构进行实时分析的空白。

3.索引匹配胶体系统设计：通过设计一种索引匹配的荧光标记的胶体颗粒系统，使其与水的折射率几乎匹配，从而解决了传统共聚焦显微镜技术中由胶体颗粒散射激光光线引起的问题。这一创新设计为实现高分辨率的胶体晶体成像提供了关键技术支持。

4.胶体晶体的可控制备和调控：通过聚合物减弱库仑自组装（PACS）方法，实现了在水溶液中组装多组分胶体晶体的通用技术。利用这一方法可以精确地控制晶体的结构和组装过程，为研究晶体的形态学和动力学提供了可靠的实验平台。

5.对晶体动力学行为的观察：利用新开发的成像技术，实现了对晶体动力学行为的实时观察，包括缺陷内的重新排列和晶体的熔化等现象。这一观察结果为理解晶体的生长和变形过程提供了重要线索。

图文解读

图1. 总体策略。

图2. 二元晶体的组装和成像。

图3. 3D晶体重构和结构鉴定。

图4. 单点缺陷。

图5：Cu₃Au类晶体中的孪晶界分析。

图 6：类似于Cu₃Au晶体中双孪生的特征。

总结展望

本文通过研究离子胶体晶体的结构和形态，揭示了多孪晶面内部结构的多样性及其对晶体宏观形态的影响。特别地，针对Cu₃Au晶体，发现了平行和非平行孪晶面形成的不同几何结构，这为解释晶体的对称性提供了新的视角。通过新颖的成像技术，实现了对晶体内部结构的高分辨率成像，有助于理解晶体成核和生长的机制。同时，通过对多组分胶体晶体的研究，拓展了对晶体形态和动力学行为的认识。这一研究为理解离子固体的结晶过程提供了重要线索，有望推动材料发现和晶体工程的进一步发展。

文献信息

Zang, S., Hauser, A.W., Paul, S. et al. Enabling three-dimensional real-space analysis of ionic colloidal crystallization. Nat. Mater. (2024). https://doi.org/10.1038/s41563-024-01917-w

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