該論文第一作者是華東理工大學的博士研究生王書琪以及上海科技大學的陳浩助理教授，通訊作者為華東理工大學材料科學與工程學院曹淵淵副教授、李永生教授及同濟大學化學科學與工程學院韓璐教授。
為突破嵌段共聚物微相分離組裝的熱力學限制，該研究利用二元共組裝體系，以聚苯乙烯-b-聚丙烯酸（PS-b-PAA）以及十六烷基三甲基溴化銨（C16TAB）為雙模板，通過二氧化硅拷貝實現了傳統立方gyroid 相結構的對稱性破缺，構建了全新的四方晶系gyroid 曲面結構（其命名為shifted tG）。與傳統立方gyroid 曲面截然不同的是，該gyroid具有典型的偏移四方相網絡，屬于低對稱空間群I41/a（No. 88），其對稱性遠低于經典立方gyroid（空間群Ia3 ?d, No. 230）。電子晶體學三維重構表明，這種低對稱的四方shifted tG具有和立方gyroid類似的雙套內消旋三連接迷宮骨架，然而其墻壁曲面呈現罕見的周期性薄厚交替分布，導致其骨架出現特征性偏移。
該結構相區出現于層狀相和立方gyroid相之間，呈熱力學穩定結構而非源于動力學過程中的偶然捕獲或焙燒過程中的形變。作者認為該結構的形成源自嵌段共聚物與小分子表面活性劑的匹配及競爭作用：一方面，帶正電的表面活性劑膠束吸附在嵌段共聚物親水域，中和掉PAA的負電荷，使親水域鏈段更加緊密；另一方面，大量插入到親水域鏈段之間的表面活性劑膠束會增加親水域體積。兩種相反的因素共同決定了最終的結構，當表面活性劑膠束較少時，靜電作用占主導，而表面活性劑膠束較多時，體積因素的影響更為強烈。此外，根據局部凹性自由能理論，shifted tG的形成與體系自由能分布高度相關，其結構以非均勻分布墻壁為特征，且厚壁和薄壁分別較立方gyroid的均勻壁厚t0分別減少或增加了s，為了滿足局部自由能最小化的要求，必須有總平均自由能g(t0-s) + g(t0+s) < 2g(t0)，才能實現熱力學穩態，因此，骨架偏移且曲面非均相的shifted tG結構是能量驅動的必然結果。
對稱性破缺導致四方相shifted tG由立方相gyroid非光子晶體特性轉變為光子晶體，隨著骨架偏移程度的增加，其帶隙逐漸打開并展寬，表明立方相到四方相的轉變對gyroid結構性質的顯著影響，也說明對稱性破缺在獲得TPMS家族新性質等方面的重要性。
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.12.017
