近来，同济大学化学科学与工程学院韩璐教授团队在光子晶体范畴获得重大打破，成功完成了单金刚石（SD）曲面二氧化钛骨架的自拼装构筑，这一效果被誉为光子晶体结构的“圣杯”。相关研讨论文已发表于世界威望学术刊物《美国科学院院刊》（PNAS）。

　　单金刚石（SD）曲面结构，常见于甲虫和象鼻虫的外骨骼中，其共同的负高斯曲率曲面与立方金刚石晶格网络的完美结合，赋予这些昆虫艳丽的结构色，SD结构具有迄今报导的最宽的彻底光子带隙，并能使用已知资料在约1.9的介电常数对比度条件下轻轻松松完成彻底光子带隙，其杰出的光学特性使其在比如光子晶体、光捕获使用、光波导和激光谐振器等范畴中具有广泛的使用远景。但是，SD作为一种热力学亚稳态结构，其人工制备一直是科学界面对的难题。

　　韩璐教授团队经过引进动力学和热力学的两层协同调控效果，成功完成了对SD结构的高效制备。他们使用聚环氧乙烷-b-聚苯乙烯（PEO-b-PS）共聚物与TiO2前驱体在特定溶剂中的协同自拼装进程，经过准确操控条件，使TiO2低聚物在成核位点处富集并成长，终究形成了独立的SD结构域。经过煅烧去除聚合物模板后，得到了具有高度有序的SD介观结构和锐钛矿晶型的TiO2骨架。

　　该研讨团队经过一系列的试验手法对SD骨架结构能够进行了具体的表征。小角X射线散射和广角X射线衍射依据成果得出了样品的高度有序性；扫描电镜和透射电镜的调查进一步证明了SD结构的存在和高度有序性；电子晶体学三维重构所得静电势密度散布则证明了SD结构的四衔接构型。此外，计算成果为该结构具有彻底光子带隙，为其在光子晶体等范畴的使用供给了理论基础。

　　韩璐教授表明，这一研讨效果不只处理了自拼装范畴长期以来所寻求的非平衡态结构的组成难题，而且为制备其他热力学非平衡态结构供给了新的思路和办法。该办法在自拼装、仿生资料、下一代光学器材等范畴具有宽广的使用远景和重要意义。

　　跟着这一“圣杯”结构的成功制备，信任未来光子晶体范畴将迎来更多的打破和立异，为人类科学技术进步和社会继续健康发展带来更多可能性。