相偏析在非混相混合物中普遍存在，如油和水，其中混合熵被偏析焓所克服。然而，在单分散的胶体体系中，胶体-胶体相互作用通常是非特异性和短程的，这导致可以忽略的偏析焓。

2023年5月17日，香港大学唐晋尧团队在Nature 在线发表题为“Photochromism from wavelength-selective colloidal phase segregation”的研究论文，该研究设计了一个简单的光谱选择性活性胶体系统，其中TiO2胶体物种用光谱特征染料编码，形成光致变色胶体群。

在该系统中，可以通过组合不同波长和强度的入射光来编程粒子-粒子相互作用，从而实现可控的胶体凝胶和分离。此外，通过混合青色、品红和黄色胶体，形成了动态的光致变色胶体群。在有色光的照明下，由于层状相分离，胶体群适应入射光的外观，为彩色电子纸和自供电光学伪装提供了一种简便的方法。

材料的宏观性质从根本上是由其基本组成单元之间的相互作用决定的。例如，在具有相似相互作用的分子混合物中，混合熵占主导地位并导致混合良好的溶液，而不同的分子间相互作用导致焓损失并导致相分离。胶体溶液是在原子尺度上研究相变和自组装的一个很好的模型体系，其中的胶体粒子被视为巨大的人工原子。通过改变热力学变量，如温度和/或溶剂相互作用，已经证明了胶体混合物中相分离的经典途径。

另一方面，活性物质为实现超越热力学平衡的复杂相行为提供了新的途径。活性胶体的偏析被认为是由运动诱导的相分离，其中分散的自推进粒子因粒子的迁移性和斥力相互作用而凝结。理论上，由于具有独特的扩散性、温度和活性，活性胶体混合物能够自相分离。

最近，光驱动的“微游泳者”已经发展成为一种可控的纳米机器人，它为生物医学应用和功能新材料提供了潜力，因为“游泳者”的活动，对准方向和粒子间的相互作用可以很容易地通过入射光调制。由于其灵活性，光动力活性胶体体系最近被应用于活性物质研究，其中粒子相互作用可以反复打开和关闭。另一方面，光动力活性胶体的一个独特特征是，粒子可以被设计成响应不同的波长和光的偏振状态，从而能够在胶体混合物溶液中选择性地激发一种胶体。

三维相偏析和光致变色胶体群（图源自Nature ）

该研究展示了一个光谱选择性的活性胶体混合物系统，其中粒子-粒子的相互作用可以很容易地通过控制照明光谱和强度来调节。特定胶体组分可以在相应光的激发下选择性激活。这种活性混合物发生相偏析，这可以用相稳定性热力学很好地预测。在此机制的基础上，该研究进一步展示了一种新的光致变色胶体群，它通过诱导层状相偏析来自适应入射光的外观。由于这种胶体群是完全自我维持和简单制造的，它有望广泛应用于光学伪装、建筑热管理的智能窗口和电子阅读器的全彩电子墨水，进一步提高灵敏度和响应时间。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05873-4

转自：“iNature”微信公众号

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