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注：文末有研究团队简介 及本文作者科研思路分析

三重周期极小曲面及其相关结构（常平均曲面、平行曲面）广泛存在于自然界中，如蝴蝶翅膀、甲虫外骨骼等。最为常见的包括Schoen gyroid（G曲面）、Schwarz diamond（D曲面）和Schwarz primitive（P曲面，也称为“管道工噩梦”）。这些曲面结构由于具有独特的对称性，表现出优异的光学特性，如全带隙光子晶体、偏振光响应、负折射等，引起人们的广泛关注。然而这些曲面结构的形成和结构之间的关系尚不明确，极大地限制了材料的合成和应用，从基础水平对其进行可控合成和结构表征，并探究其形成机理具有重要的意义。而在这几种曲面之中，大部分工作都集中报道了具有G曲面的材料，P曲面的合成报道非常罕见。近日，上海交通大学的韩璐团队通过嵌段共聚物微相分离自组装得到具有双套错位P曲面骨架结构的二氧化硅材料，并对材料中P与D曲面的转变进行了研究。

当期杂志卷首插画设计。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

相比于脂质体系只能通过X射线衍射对转变结构进行研究，由二氧化硅组成的结构可以通过电子显微镜进行直接观测。通过表征，该材料具有双连续P曲面结构，每个节点为六连接，两套骨架高度有序并相互穿插。更为有趣的是，样品中出现P曲面与D曲面的外延生长，D和P结构的晶胞参数比例与Bonnet转变的理论值十分接近，高斯曲率一致，并且出现两种曲面之间的转变存在中间态——六连接的节点逐步拉伸成为四连接的节点，并伴随一定的孔道扭曲。该中间过渡曲面与理论中的rPD曲面（菱形形变）高度相关。

图1.（a）P曲面结构沿着 方向拍摄的扫描电镜图像；（b）曲面结构沿着 方向拍摄的透射电镜图像；（c）P曲面与D曲面外延生长的扫描电镜图像（左）和结构模型示意图（右）。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是上海交通大学的博士研究生毛文婷和曹鑫。

该论文作者为：Wenting Mao, Xin Cao, Qingqing Sheng, Lu Han, Shunai Che

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Silica Scaffold with Shifted “Plumber s Nightmare” Networks and their Interconversion into Diamond Networks

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201704639

韩璐教授简介

韩璐，2006年获得上海交通大学理学学士学位，2010年及2011年分别获得斯德哥尔摩大学（导师Osamu Terasaki教授）及上海交通大学（导师车顺爱教授）博士学位，2011年起在上海交通大学担任讲师、副研究员、特别研究员职务，2017年加入同济大学；主要研究方向为介观结构材料的合成及电子显微学结构的研究，发表SCI论文六十余篇，第一作者（共同第一作者）及通讯联系人文章三十余篇；获2013年度全国优秀博士学位论文奖，2014年度教育部自然科学奖一等奖。

http://www.x-mol.com/university/faculty/12546

科研思路分析

Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？

A：我们的研究兴趣是通过化学方法合成出具有这些双曲面结构的材料，并对其结构及性质进行研究。目前有很大部分的工作是通过物理刻蚀、生物模板拷贝等方法得到类似的曲面结构。对这些结构合成的研究及调控对于理解自组装体系以及生物体中相关结构的形成、机理及其功能具有一定的指导意义。

Q：研究过程中遇到哪些挑战？

A：研究中最大的挑战是对两种结构的共生进行理论分析。我们的团队来源于化学专业的研究人员，而这项研究需要一定数学方面的背景知识，因此在数学领域存在知识储备不足的挑战，也希望未来能够与数学领域的科研工作者一起合作，使这项研究达到更高的层次。

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