尽管许多科学成就来自长期的精心计划，但研究人员偶尔会偶然发现完全出乎意料的事物。研究生魏伟韶说：“一开始，我们一直在寻求创造一种特殊的效果。” “然后，我们观察到一些奇怪的东西。”

《自然》杂志上的一项新研究通过显示当温度下降时含有链状液晶分子的液滴如何转变成复杂的形状来详细描述这一“怪异”的发现。由研究生Sophie Ettinger博士Wei主持。明矾夏霞，舒阳和Arjun Yodh的发现为人们提供了关于分子多分散性(液晶分子的长度差异很大的条件)如何驱动简单的液滴转变为不同形状的新认识。

液晶由称为介晶的棒状或盘状分子组成，由于这些介晶的排列，液晶在固体和液体的物理性质之间显示出显着的物理性质。本研究中使用的液晶与LCD屏幕使用的液晶具有相似的特性，但由低聚物，柔性的短链聚合物(由较小的棒状分子构件组成)制成。

Wei的最初目标是使用Yang实验室中的这种液晶来制造Janus液滴，该液滴在液滴的相对两侧包含两种不同类型的材料-在这种情况下，其中一半将是一个橡胶状网络，称为液晶弹性体，通过交联将液晶分子“锁定”在适当位置而制成，另一半是硅树脂。

魏很快发现液滴反而转变成奇怪的丝状结构。最初，研究人员认为他们所看到的是实验错误，但是由于结果是可重复的，因此他们意识到这是他们应该尝试理解的新事物。

尤德说：“这是一种视觉上的壮观效果。我根本没想到。” “我们试图使设计师掉线，但在此过程中，我们看到了一些有趣且与众不同的东西。”

研究人员对他们的奇怪结果感到惊讶和困惑，他们开始进行严格的调查，以解释他们所看到的。在Yang实验室的帮助下，Wei研究了包含不同长度液晶元的液晶低聚物混合物的液滴。研究人员改变了低聚物的链长，使用了不同的表面活性剂将液滴保持在一起，并探索了简单的理论模型以理清他们的发现。

研究人员开发的模型的基本特征是，液滴的结构由两个力驱动：表面张力，流体表面收缩到可能的最小区域的趋势以及弹性能，其中一个例子是存储的机械能在诸如弹簧床或弓箭手之类的可弯曲物体中。为了使表面能最小，液晶滴通常形成一个球，其形状具有最小的体积比。但是，在液滴内部，单个杆既要垂直于球体的表面，又要与其他杆平行。

在高温(〜90 C /〜194 F)下，这些相反的力在起作用，液晶滴呈球形，并具有经典的“径向刺猬”内部结构，其中所有杆都指向中心，这种配置需要弹性能量才能形成。然后，当温度降低时，表面张力和弹性能发生变化，并且液滴的形状和液滴内部的棒的排列都发生变化，从而使总的能量成本最小化。

偶然地，所产生的液滴结构形成了惊人的复杂形状阵列，从类似于微观菊花的“花”到缠结纤维的庞大“美杜莎”网络。效果也是可逆的，液滴可以从球体到缠结的网络，然后又返回。

除了引人注目的新液滴形态外，这项工作的令人惊讶的发现之一是，这种奇怪现象的关键在于液滴中既有长链棒也有短链棒-从科学的角度来说，液晶系统具有多分散性。

当棒状介晶的长度相似时，看不到任何奇怪的影响，但是如果它们的长度不同，则棒会根据其长度移动到液滴内部的不同位置。由较小链条制成的杆优先移动到弹性能量较大的位置，靠近液滴的中心，而由较大链条制成的杆移动到表面。

Yodh解释说：“通常，当样品中包含大小，长度，甚至成分不同的成分的混合物时，就会抹去或完全防止相变或自组装事件发生，但是，混合物中的多分散性有助于之所以会产生这种效果，是因为不同长度的链可以移动到液滴的不同部分。对于同质的单分散系统，这不会发生。”

尽管仍然存在许多问题，例如为什么液滴会以奇怪的方式分叉，从而使材料看起来还很活泼，但研究人员希望利用这些见解来探索新的应用和概念。

Yodh说：“我们决定使用这些特定的液晶低聚物的原因是，我们可以将它们交联并制成弹性体。”他补充说，可以使用这些和其他类似种类的链状液晶分子来制造新型软材料，例如可驱动的纤维，它们可以响应温度或湿度而移动和改变形状。

研究人员还考虑了其​​他现象，其中多分散性在驱动材料的组装以及塑造其结构和功能方面发挥着作用。生物学中的分子异质性可能与研究人员在多分散链状液晶分子中的发现有关，并且可能会促进基于生命世界中已经存在的物质合成和图案化材料的方法-自然界中发现的许多聚合物，例如天然橡胶，木质纤维素和丝绸本身就是多分散的。

杨说：“总的来说，科学家倾向于控制事物-您想要控制以便了解它，因此我们通常尝试制造和使用单分散系统。” “但是在生物学中，原始材料有时是具有不同链长和不同功能的分子的混合物：它们可以具有不同的刚度，疏水性或亲水性，这就是为什么它如此难以理解。”

研究人员希望通过结合材料科学和工程学与物理学的努力，以“ MRSEC精神”的协作进行的这项研究将鼓励其他人看到多分散性的新含义和可能的好处。

Yodh补充说：“这项工作很有趣。” “从一开始就感到惊讶是很有趣的，然后试图理解这么长时间却很沮丧。回首它很有趣。聚合物的无序性使事情有所不同。”