自组装软物质球体的稳定 Frank-Kasper 相

单一分子物种能够自组装成 Frank-Kasper（FK）相——十二重准晶的有限近似物，这违背了热力学基态具有最大对称性的直观观念。FK 相被推测为空间填充球形畴的最小畸变堆积而出现，但对此畸变的精确量化及其如何影响组装热力学仍不明确。我们使用两种互补的方法来证明，二嵌段共聚物中驱动 FK 晶格形成的原理直接源于球形畴的强拉伸理论，其中最小的嵌段间面积与空间填充链的最小拉伸相互竞争。首先使用具有无约束粒子体积和形状的二嵌段泡沫模型研究 FK 晶格的相对稳定性，该模型不仅正确预测了平衡的 σ 晶格，还预测了平衡畴的不等体积。然后我们通过自洽场论为这些结果提供分子层面的解释，阐明了分子刚度如何调控畴内链构型与局域堆积不对称性之间的耦合。这些发现为共聚物中体积交换对不同 FK 相形成的作用提供了新见解，并提出了一种软物质系统中 FK 相形成的范式：不等畴体积由不同形状不对称性度量之间的热力学竞争所选择。