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(gòu)建具有結(jié)構(gòu)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(fā)誘導(dǎo)自組裝形成具有手性向列結(jié)構(gòu)的光子薄膜。然而,傳統(tǒng)的CNC光子薄膜通常缺乏可調(diào)的結(jié)構(gòu)顏色和柔韌性,阻礙了其實際應(yīng)用。
基于此,浙江科技大學(xué)孟亞會聯(lián)合江南大學(xué)龍柱教授和齊魯工業(yè)大學(xué)董翠華教授報道了一種具有結(jié)構(gòu)顏色和力學(xué)性能可調(diào)的柔性多刺激響應(yīng)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(xué)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(lǐng)域具有極大的應(yīng)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(fā)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。
圖1. CNC/DES光子多層膜的制備機理圖
該工作通過調(diào)控DES引入量和交替組裝層數(shù),獲得了結(jié)構(gòu)顏色和力學(xué)性可調(diào)的薄膜。并且DES的引入和組裝層數(shù)不影響CNC的左手性特性。隨著組裝層數(shù)增加,薄膜的多疇尺寸減小,顏色更均勻,力學(xué)強度有所提升。此外,CNC/DES墨水在45?、90?和135?多角度呈現(xiàn)不同顏色,多層光子薄膜具有良好的可逆濕度響應(yīng)以及對醋酸、丙酮、苯和正己烷的快速識別能力。
圖2.(a)自然光下CNC光子膜的照片;(b)CNC光子膜的POM圖像。
圖3.(a)CNC光子膜的UV-vis光譜;(b)CNC光子多層膜的UV-vis光譜;(c)CNC光子膜的圓二色譜;(d)CNC光子膜的CIE色度圖;(e)CNC光子多層膜的CIE色度圖;(f)圓偏振光通過具有左手手性結(jié)構(gòu)的CNC膜的示意圖;(g)CNC/DES0.4、(h)(CNC/DES0.4)2、(i)(CNC/DES0.4)3和(g)(CNC/DES0.4)4膜在彎折、卷曲和折疊狀態(tài)下的照片。
圖4.(a)CNC/DES0.4、(b)(CNC/DES0.4)2、(c)(CNC/DES0.4)3和(d)(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;由CNC/DES0.4在黑色背景上書寫的“ZUST”圖案:(g)45?視角觀察、(h)未干燥的“ZUST”圖案、(i)135?視角觀察、(J)不同濕度下“ZUST”顏色、(k)90?視角觀察、(l)不同溶劑中“ZUST”顏色。
圖5.(a)薄膜制作夜間道路交通反光標(biāo)志示意圖;(b)行人橫穿人行道時薄膜圖片(1號45?視角、2號90?視角、3號135?視角);(c)4號行人行走時薄膜圖片;(d)司機行駛時薄膜圖片(距離50 m、30 m和10 m);(e)薄膜在不同季節(jié)的顏色變化;(f)以冬季為例,薄膜在不同天氣下的顏色變化。
原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150713
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