近期，固体所研究人员在探索二元单层胶体晶体制备的过程中，提出了二元单层胶体晶体结构相的概念，建立了相图，并确立了二元结构设计与制备的原理。

　　有机胶体球通过自组装可以形成单层胶体晶体。这种胶体晶体是微/纳结构阵列及其器件制作的重要基础。而其结构多样性，则是实现微/纳有序阵列结构调控的主要途径。通过制作由不同尺寸胶体球构成的多元单层胶体晶体是实现结构多样性的努力方向之一。二元单层胶体晶体（由两种不同尺寸胶体球构成）的设计与制作，是近年来人们日益关注的领域，已有许多合成方法的报道。然而，有关不同结构二元单层胶体晶体的设计尚未有效涉及，如何按照结构要求实现精确控制制作，如何实现制作的结构一致性与可重复性等，一直是人们所面临的挑战与追求的目标。

　　固体所科研人员则成功提出了二元单层胶体晶体结构相的概念，建立了相图，确立了二元结构设计与制备的原理，为上述问题的解决奠定了重要的基础。科研人员基于两点前提假定：有机胶体球可以悬浮在气/液（或水）界面、大小胶体球之间能均匀混合，确立了大小球个数比、尺寸比、胶体悬浮液体积比之间的定量关系，由此建立了二元单层胶体晶体的相图、大小胶体球个数比－尺寸比的参数范围构图（如图1所示）。对于特定的二元单层结构相，可由相图确定胶体球尺寸比及其悬浮液体积比，进而可按需制作；对于给定的胶体球尺寸比，可由参数范围构图，确定其所允许的二元单层相结构。这可为设计与按需制作二元单层胶体晶体提供清晰的实现途径，也为发展新的制备方法提供了指导。

　　此外，科研人员还发展了酒精辅助气/液界面自组装的策略，证实了所建立相图的正确性与有效性。结合所建立的相图，实现了多种二元单层胶体晶体按设计要求的精确控制制作，并且做到晶体的大尺寸（>10cm2），结构的一致性（>95%）与制作的可重复性（如图2所示）。进一步，还发现，这种二元单层胶体晶体可以水（或溶液）为介质，可从一个衬底无损转移至任何其它所需要的衬底（如图3所示）；通过这种转移而叠合一起，可构成双层、多层的一元或二元（复合）胶体晶体，进一步实现胶体晶体结构的多样性。这些均为相关复杂的微/纳结构阵列及其器件的设计、制作与结构调控提供了基础。相关工作最近以全文在美国化学学会的《ACS NANO》期刊上发表（ACS NANO, 6 (8), 6706-6716 (2012)）。

图1. (左)：二元单层胶体晶体相图；(右)：大小胶体球个数比－尺寸比的范围构图，A为稳定结构区，B为不稳定结构区，C为不可能存在的结构区。