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浙江科技大學孟亞會/江南大學龍柱/齊魯工業大學董翠華 CEJ:纖維素納米晶體和低共熔溶劑交替組裝制備柔性多刺激響應光子薄膜
2024-04-18  來源:高分子科技

  光子晶體在智能材料方面具有巨大的潛力,尤其是利用光子晶體構建具有結構色彩的材料已成為研究熱點。纖維素納米晶(CNCs)是一種天然納米材料,具有光子晶體特性,可以通過蒸發誘導自組裝形成具有手性向列結構的光子薄膜。然而,傳統的CNC光子薄膜通常缺乏可調的結構顏色和柔韌性,阻礙了其實際應用。



  基于此浙江科技大學孟亞會聯合江南大學龍柱教授和齊魯工業大學董翠華教授報道了一種具有結構顏色和力學性能可調的柔性多刺激響應光子薄膜,該膜可通過纖維素納米晶體(CNC)和低共熔溶劑(DES)交替組裝獲得,不僅解決了陰陽離子對CNC自組裝的影響,還能彌補CNC力學性能的不足,并且具有多角度顏色變化和溶劑辨別能力,該項工作在智能顯示、傳感檢測和防偽等領域具有極大的應用潛力。該工作以Flexible multiple-stimulus-responsive photonic films based on layer-by-layer assembly of cellulose nanocrystals and deep eutectic solvents為題發表在 Chemical Engineering Journal期刊上。孟亞會博士為文章第一作者,龍柱教授和董翠華教授為共同通訊作者。 



1. CNC/DES光子多層膜的制備機理


  該工作通過調控DES引入量和交替組裝層數,獲得了結構顏色和力學性可調的薄膜。并且DES的引入和組裝層數不影響CNC的左手性特性。隨著組裝層數增加,薄膜的多疇尺寸減小,顏色更均勻,力學強度有所提升。此外,CNC/DES墨水45?90?135?角度呈現不同顏色,多層光子薄膜具有良好的可逆濕度響應以及對醋酸、丙酮、苯和正己烷的快速識別能力。 



2.a)自然光下CNC光子膜的照片;(bCNC光子膜POM圖像



 3.aCNC光子膜UV-vis光譜;(bCNC光子多層UV-vis光譜;(cCNC光子膜的圓二色譜;(dCNC光子膜CIE色度圖;(eCNC光子多層膜CIE色度圖;(f圓偏振光通過具有左手手性結構的CNC膜的示意圖;(gCNC/DES0.4h(CNC/DES0.4)2i(CNC/DES0.4)3g(CNC/DES0.4)4膜在彎折卷曲和折疊狀態下的照片。



 4.aCNC/DES0.4b(CNC/DES0.4)2c(CNC/DES0.4)3d(CNC/DES0.4)4膜在不同濕度下的可逆顏色和UV-vis光譜;(e不同濕度下光子多層膜的CIE色度圖;(f)薄膜在不同極性溶劑水、醋酸、丙酮、苯和正己烷)中的CIE色度圖CNC/DES0.4在黑色背景上書寫的ZUST圖案:(g45?視角觀察、(h干燥的“ZUST圖案、(i135?視角觀察、(J不同濕度下ZUST顏色、(k90?視角觀察、(l不同溶劑中“ZUST顏色



 5.a)薄膜制作夜間道路交通反光標志示意圖;(b行人橫穿人行道時薄膜圖片(145?視角、290?視角、3135?視角);(c4號行人行走時薄膜圖片;(d)司機行駛時薄膜圖片(距離50 m30 m10 m);(e)薄膜在不同季節的顏色變化;(f以冬季為例,薄膜在不同天氣的顏色變化。


  綜上所述,該工作采用CNCDES通過逐層組裝技術制備具有優異的力學與光學性能的光子薄膜。通過圓偏振光譜證實,CNC/DES光子膜的手性螺旋結構得以保留。DES和組裝層數決定膜的結構、顏色、力學和響應性能,這為實現光子薄膜的定制性設計提供了參考。此外,該薄膜可用于交通反光標志,提醒行人和司機道路安全;還可作為智能標簽,用于室內環境濕度檢測。這種性能優異的薄膜為開發智能顯示、傳感器檢測和防偽材料提供了一種策略。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150713

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(責任編輯:xu)
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