聚焦几何受阻挫以实现柔性弯曲粒子的自限制组装

我们证明，在一大类可变形且天然弯曲的、壳状胶体粒子中，几何受阻挫（geometric frustration）引发了远超粒子尺度的有限尺寸堆叠的自限制组装。当粒子间粘附有利于保形堆叠时，粒子形状要求在堆叠中产生曲率聚焦（curvature focussing），导致弯曲代价的超广延累积，最终将基态堆叠尺寸限制为有限值。利用连续介质理论与基于粒子的模拟相结合，我们证明自限制堆叠尺寸由粒子内弯曲代价与粒子间粘附能之比控制，最终实现的组装尺寸可从几个粒子调谐至数十个粒子。我们表明自限制组装的范围由两种“受阻挫逃逸”结构模式所界定，它们规避了曲率聚焦的热力学代价。关键在于，这两种模式均可通过适当选择粘附范围与粘附的横向斑驳性来抑制，从而通过形状受阻挫、结合与胶体构筑基元的变形性之间的相互作用来编程有限组装尺寸提供了可行策略。