类型a
Zornitza P. Tosheva 和 Jan P. F. Lagerwall（来自卢森堡大学物理与材料科学系）于2026年3月9日在《Physical Review Materials》上发表了题为“Orientational ordering benefits nanorod sonication”的研究论文。
该研究属于纳米材料和软物质物理学领域，特别是关于纤维素纳米晶体（CNCs，Cellulose Nanocrystals）悬浮液的超声处理过程。由于各向异性纳米颗粒容易聚集形成束状结构，分散这些颗粒通常需要借助超声处理等强剪切流方法。然而，以往的研究往往忽视了在超声过程中悬浮液中颗粒质量分数（ws）的影响。本研究旨在揭示ws对超声处理效果的作用机制，并探讨如何通过优化ws来提高纳米棒的分散效率，同时减少颗粒损伤。
研究的具体流程包括以下几个步骤：
1. 样品制备：研究人员使用商业化的硫酸水解CNC（由Celluforce提供），将其稀释至不同的ws值（从1 wt.%到6 wt.%，步长为0.25 wt.%）。所有样品均通过手动摇晃进行初步均质化处理。
2. 超声处理：采用Hielscher UP200ST超声系统，配备7毫米直径的钛振荡探头，频率为26 kHz，振幅设置为40%。每个样品的超声处理时间为约1分钟，总能量为700 J（17.5 J/ml）。为了避免局部过热，超声处理以50/50周期（0.5秒超声，0.5秒暂停）进行，并将样品置于冰水浴中。
3. 实时观察：在超声处理过程中，研究人员使用偏振显微镜记录样品的光学纹理变化，并通过插入λ相位板的双折射滤光片增强对比度。这些视频记录了样品在不同ws下的动态行为。
4. 表征分析：
- 原子力显微镜（AFM）：从w=2 wt.%的样品中提取部分悬浮液，经过多次稀释和涡旋混合后，沉积在新鲜剥离的云母基底上进行AFM扫描。使用Gwyddion软件分析图像，测量单个CNC的长度（l）和厚度（t），并计算其长宽比（l/t）。
- 相图建立：通过对一系列不同ws的样品进行长期静置（至少6周），利用重力驱动的相分离现象确定液晶相（LC）和各向同性相（isotropic phase）的体积分数。结合实验数据拟合出相图的稳定性极限（w0和w1）。
- 手性液晶螺距测量：使用矩形毛细管填充样品，通过偏振显微镜观察指纹纹理，测量手性液晶螺距（p）。
主要结果如下：
1. ws对超声处理效果的影响：
- 在ws接近原始悬浮液各向同性相的稳定性极限（w0*≈2.2 wt.%）时，超声诱导的剪切流会促使样品进入一种暂时有序的“准向列态”（paranematic state）。这种状态有助于纳米棒的个体化，同时最小化颗粒间的损伤性碰撞。AFM分析显示，在此条件下，CNC的平均长宽比显著增加（从约20增加到约30）。
- 当ws超过w0*进入双相区时，CNC的长宽比开始下降，尤其是在ws接近或超过凝胶化阈值（wk≈5 wt.%）时。这表明高ws会导致更多的颗粒断裂和较低的分散效率。
- 对于ws>3.5 wt.%的样品，超声处理无法完全消除液晶相的手性调制，样品在整个过程中保持强散射特性。
相图和手性液晶螺距的变化：
凝胶化对样品行为的长期影响：
该研究的主要结论是：在超声处理过程中，选择适当的ws对于实现高效的纳米棒分散至关重要。理想情况下，ws应接近原始悬浮液各向同性相的稳定性极限（w0*），以充分利用剪切流诱导的准向列态优势。此外，研究还强调了凝胶化对样品行为的潜在影响，建议避免将CNC悬浮液浓缩至超过凝胶化阈值（wk）。
本研究的意义在于揭示了ws在纳米棒超声处理中的关键作用，为优化分散工艺提供了理论依据。研究成果不仅适用于CNC，还可推广至其他各向异性纳米颗粒（如碳纳米管、石墨烯片等）的分散处理，具有重要的学术价值和应用前景。
研究的亮点包括：
1. 发现了ws对CNC分散效率和颗粒损伤的显著影响；
2. 提出了利用准向列态优化超声处理的新策略；
3. 揭示了凝胶化对样品行为的长期影响，为理解复杂悬浮液的行为提供了新视角；
4. 结合多种表征手段（AFM、偏振显微镜、相图分析等），全面解析了CNC悬浮液的微观和宏观特性。
此外，研究团队还计划进一步探索不同类型CNC的凝胶化和液晶形成行为，以验证和扩展当前的研究成果。