結(jié)構(gòu)色（Structural Color）有別于顏料色（Pigment Color），廣泛存在于甲蟲(chóng)的殼、飛蛾的翅膀、鳥(niǎo)的羽毛等自然界生物中?；诜律脑?，如今科研工作者開(kāi)展了大量有關(guān)結(jié)構(gòu)色的研究工作。在眾多材料中，纖維素納米晶（Cellulose Nanocrystals,CNCs）由于其獨(dú)特的光學(xué)特性、原料來(lái)源廣泛、制備條件簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，逐漸被人們視為制備結(jié)構(gòu)色的最佳材料之一。
CNCs顯示出結(jié)構(gòu)色的原因在于其內(nèi)部存在手性多層三維有序結(jié)構(gòu)。由于CNCs固有的親水特性，其內(nèi)部有序結(jié)構(gòu)易受水的侵害，進(jìn)而影響其結(jié)構(gòu)色的表現(xiàn)；而自然界中生物所擁有的結(jié)構(gòu)色均不易受到水的影響。為克服基于CNCs的結(jié)構(gòu)色易受水影響這一弊端，上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院王新靈課題組制備出了一種具有疏水表面且有機(jī)溶劑可致變色的CNCs薄膜。相關(guān)工作以“Bio-Inspired Hydrophobic CelluloseNanocrystals Composite Films as Organic Solvent Responsive Structural ColorRewritable Papers”為題近日發(fā)表在《ACS Applied Materials &Interfaces》上。
該工作突出了以下兩個(gè)材料設(shè)計(jì)：其一是將PEG-PPG-PEG三嵌段共聚物引入到CNCs材料中，其中親水性的PEG鏈段與親水性的CNCs層聚集，使得三嵌段樹(shù)脂可以穩(wěn)定的存在于薄膜材料之中，進(jìn)而使薄膜宏觀上顯示出均勻的結(jié)構(gòu)色，而且CNCs結(jié)構(gòu)色符合經(jīng)典Bragg方程，所顯示出的宏觀顏色與內(nèi)部手性多層結(jié)構(gòu)的螺距有著直接聯(lián)系；而其中疏水的PPG鏈段引入到纖維素層間中，有助于擴(kuò)大其結(jié)構(gòu)色對(duì)有機(jī)溶劑的響應(yīng)窗口，使該復(fù)合膜的顏色在吸收有機(jī)溶劑后有著肉眼可見(jiàn)的紅移。
其二，該工作通過(guò)一步法的疏水表面修飾將十六烷基三甲氧基硅烷（hexadecyltrimethoxysilane, HDTMS）在室溫條件下成功化學(xué)接枝在復(fù)合膜表面，使得薄膜表面具備了疏水特性，使水分無(wú)法影響薄膜結(jié)構(gòu)色的表現(xiàn)。
該工作中所制備的復(fù)合薄膜為今后提高CNCs結(jié)構(gòu)色的耐水穩(wěn)定性和循環(huán)響應(yīng)性提供了新思路，未來(lái)有望應(yīng)用于可重復(fù)書寫的疏水紙、仿生傳感器以及屏幕顯示等領(lǐng)域。
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