陳蘇教授課題組主要開展創(chuàng)新性應用基礎研究，研究方向包括：量子點、光子晶體材料、納微宏無機-有機分子組裝功能高分子材料、前端聚合反應工程、微流控技術、水凝膠材料。同時，從事面向工程應用技術的研究，領域涉及功能高分子材料、半導體材料、熒光材料、LED發(fā)光器件、水性樹脂等。陳蘇教授的多項技術已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其團隊開發(fā)的微流體紡絲技術（包括微流體紡絲、微流體靜電紡絲、微流體氣噴紡絲等），一經(jīng)推出便獲得了業(yè)內(nèi)人士的高度關注與認可，該技術已應用于諸多關鍵領域（包括紡絲化學、功能醫(yī)學、柔性穿戴、智能光學等）。以下介紹陳蘇教授課題組近期在光子晶體、儲能纖維、量子點以及水凝膠等方面的研究成果。
光子晶體
1.高疏水光子晶體及其微流控組裝
光子晶體是具有周期性介電結構及光子帶隙的人工設計與制造的晶體。然而，目前人造光子晶體材料存在品種與制備方法單一，傳統(tǒng)的光子晶體膜主要以聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）以及二氧化硅（SiO2）組裝而成，由于它們具有較高的成膜溫度以及構筑單元之間較弱的組裝作用力，致使光子晶體膜易于開裂、色彩飽和度差，從而導致其熒光增強效率低。因此，如何開發(fā)高質量光子晶體材料成為此領域極富挑戰(zhàn)的課題之一。陳蘇教授課題組開發(fā)了一種高疏水的P(t-BA)光子晶體新方法，利用疏水單體制備的聚合物微球，其內(nèi)在的疏水力可驅動高質量光子晶體材料的組裝，解決了光子晶體膜難以大面積施工、熒光增強效率低及易開裂等難題。研究發(fā)現(xiàn)一種玻璃化溫度低的軟單體：丙烯酸叔丁酯單體（t-BA, Tg=43℃），通過無皂乳液聚合的方法制備出P(t-BA)乳液。由于P(t-BA)分子鏈中具有疏水的叔丁基團，該疏水基團在P(t-BA)乳液組裝的過程中能夠提供一種疏水的自組裝驅動力，從而誘導P(t-BA)的光子晶體膜具有大面積不開裂、結構色明亮及優(yōu)異的疏水性能。同時，該光子晶體膜具有極高的熒光增強效率（熒光增強效率高達10倍）。此外，還巧妙地利用微流控技術在磁場誘導下實現(xiàn)光子晶體微球和Janus微球的微流控組裝與構筑，并應用于磁控顯示器件上。
參考文獻：
Hydrophobic Poly(tert-butyl acrylate) Photonic Crystals towards Robust Energy-Saving Performance.?Angewandte Chemie International Edition, 2019, 58, 13556-13564
2.膠體光子晶體成膜的新方法
膠體光子晶體在組裝成有序微結構材料的過程中易產(chǎn)生咖啡環(huán)及開裂現(xiàn)象，嚴重阻礙了大面積膠體光子晶體膜的構筑?；诖?，陳蘇教授課題組開發(fā)了一種膠體光子晶體成膜的新方法，解決了膠體乳液成膜困難、無法大面積施工的問題。受到牛奶加熱表面易產(chǎn)生“牛奶皮效應”的啟發(fā)，通過對液滴組成以及成膜條件的精確控制，巧妙地在膠體粒子組裝過程中引入一層“膠體皮”，很好地解決了由于非均相體系不均勻揮發(fā)導致的咖啡環(huán)效應。基于這一理論，研究者還實現(xiàn)了結構色的全光譜打印，對功能材料圖案化、高性能器件制備及3D打印、多彩光子晶體墨水創(chuàng)制等具有重要意義。同時，此方法又可以借助輥涂、噴涂手段分別可實施結構色的大面積涂覆與膠體粒子的大面積組裝，成功制備出90 × 70 cm的膠體光子晶體膜，并將其用于LED背光源顯示器增亮。
參考文獻：
Large-scale colloidal films with robust structural colors.Materials Horizons, 2019, 6(1): 90-96
3.金屬有機框架光子晶體膜
金屬有機框架（MOFs）導向的光子結構材料引起了人們廣泛的關注。但是，以MOF顆粒作為單元直接構建光子晶體仍然是一個挑戰(zhàn)。陳蘇教授課題組合成了單分散聚酰胺型胺樹枝狀高分子（PAMAM）修飾的沸石咪唑酸酯骨架（ZIF-8）顆粒（PAMAM @ ZIF-8），使ZIF-8具有親水性。PAMAM @ ZIF-8顆?？梢灾苯咏M裝成均勻的光子結構，并且能抑制咖啡環(huán)效應，形成具有不同結構顏色的均質光子晶體膜。利用膜分離輔助組裝工藝，在還原氧化石墨烯（rGO）表面得到了PAMAM @ ZIF-8光子晶體膜（PAMAM @ ZIF-8 / rGO），并顯示出對有機染料溶液的優(yōu)異分離能力，從而豐富了光子晶體材料的功能，為MOFs功能性光子晶體材料的制造提供了新策略。
參考文獻：
MOF-Based Photonic Crystal Film toward Separation of Organic Dyes.?ACS Applied Materials &Interfaces, 2020,12(2): 2816-2825
4.無定型膠體光子晶體
針對光子晶體傳統(tǒng)方法（如垂直沉積、提拉法、旋涂法等）構筑過程繁瑣、耗時長及難以大面積施工的關鍵問題，陳蘇教授課題發(fā)展了一種制備無定型膠體光子晶體的新方法，解決了光子晶體成膜效率低及無法工業(yè)化生產(chǎn)的難題。利用改性親水石墨烯/聚合物膜實現(xiàn)膠體乳液中水分與膠體粒子的分離，同時在石墨烯膜表面組裝出結構色，該方法迅速高效，可以在2分鐘內(nèi)制備光子晶體膜。本研究還探索了結構色形成的機理，發(fā)現(xiàn)黑色的石墨烯基底是結構色形成的關鍵，而且石墨烯基底表面褶皺有利于形成無定型的光子晶體結構，這種無定型結構是該光子晶體色彩不依賴于觀測角度的原因。該研究還探索了光子晶體在被動散熱中的應用，發(fā)現(xiàn)在一個太陽光照射下，相比于普通聚苯乙烯膜，該結構色膜可以將表面溫度降低6.8 ℃。該研究為光子晶體用于隔熱材料的研究提供了思路。
參考文獻：
Reduced Graphene Oxide Membrane Induced Robust Structural Colors toward Personal Thermal Management.?ACS Photonics, 2018,DOI: 10.1021/acsphotonics.8b00952
儲能纖維
1.微流體紡絲構筑異質結構微米纖維無紡布
目前，新能源儲存技術在科學研究、工業(yè)化生產(chǎn)等領域成為研究熱點，尤其是在高端智能化的可穿戴設備行業(yè)（年產(chǎn)值280億美元）。其中，開發(fā)具有輕質柔性及高能量密度的儲能材料為可穿戴電子器件供電是該領域的重大挑戰(zhàn)課題。基于此，陳蘇教授課題組通過微流體紡絲技術制備高柔性及高導電的黑磷基纖維無紡布電極，并將其構筑具有高能量密度的柔性超級電容器。通過在二維黑磷（BP）片層橋接一維碳納米管（CNTs），增加黑磷片層間的電子傳導、機械穩(wěn)定性、離子擴散通道和氧化還原作用，從而促進離子在電極-電解質層界面處更快的傳輸及更多的累積。得益于這種異質結構和微流體紡絲的設計，獲得基于無紡布電極的超級電容器表現(xiàn)出較高的能量密度（96.5 mWh cm-3）和穩(wěn)定形變供能能力，并成功實現(xiàn)為LEDs、智能手表、彩色顯示屏等電子器件供能的應用。
參考文獻：
Microfluidic-spinning construction of black-phosphorus-hybrid microfibres fornon-woven fabrics toward a high energy density flexible supercapacitor.?Nature Communications, 2018, 9: 4573.
2.微流體氣噴紡絲構筑層次結構納米纖維無紡布
針對纖維材料微結構不可控、尺寸較大及難以規(guī)模化制備等，造成器件中離子遷移慢、電荷存儲少及能量密度低缺點，陳蘇教授課題組首次使用液滴微流控方法，通過組成基元在微液滴限域空間內(nèi)快速反應，從而連續(xù)制備均一有序結構的微-介孔碳骨架納米雜化電極材料。使其在微液滴反應器中快速傳質傳熱，實現(xiàn)MOFs（ZIF-8）、石墨烯和碳納米管快速有效組裝反應，退火后制備的碳骨架納米雜化材料具有良好的孔結構（窄孔徑0.86nm）、大的比表面積（1206 m2g-1）和豐富的氮含量（10.63%）。再者，針對纖維電極力學性能差和難以規(guī)模化制備等難題，開發(fā)微流體氣噴紡絲方法，大規(guī)模制備具有高導電性（236 S m-1）和高力學性能（楊氏模量235.2 Mpa，斷裂伸長率43.1%）的納米纖維基超級電容器電極材料。以此構筑的纖維基超級電容器表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能，如高能量密度（147.5 mWh cm-3）、大比電容（472 F cm-3）和穩(wěn)定自供能的特性，為柔性可穿戴產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供新途徑。
參考文獻：
HierarchicalMicro-Mesoporous?Carbon-Framework-Based Hybrid Nanofibres for High-DensityCapacitive Energy Storage.?Angewandte Chemie International Edition,2019, 58,17465-17473
3.微流控制備多孔結構氮摻雜石墨烯纖維電極
針對纖維電極成分不均一、孔結構分布無序等領域難題，陳蘇教授課題組利用微流控制方法制備均勻多孔氮摻雜石墨烯纖維材料。利用氧化石墨烯（GO）和尿素在微通道內(nèi)均勻組裝反應，程控熱解，實現(xiàn)氮的可控摻雜和孔結構的分級調(diào)控。該方法制備不僅可以大規(guī)模生產(chǎn)纖維，還賦予其較高的柔性和可編織性。通過實驗調(diào)控，實現(xiàn)石墨烯纖維中氮原子總量在1.71 %~7.4 %的可控摻雜，獲得吡啶氮摻雜量為2.44 %時，纖維表現(xiàn)出較為均一的孔結構（平均孔徑3.2 nm）、大比表面積（388.6 m2g-1）、高的導電性（30,785 S m-1）和拉伸強度（286 MPa）。構筑的纖維狀電容器在呈現(xiàn)出大比電容（1132 mF cm-2）和高能量密度（95.7 μWh cm-2）?；谝陨蟽?yōu)異的電學、力學、電化學等性能，纖維狀電容器成功實現(xiàn)為視聽電子器件供電的應用。
參考文獻：
High-Performance?Wearable Micro-Supercapacitors Based on Microfluidic-Directed Nitrogen-DopedGraphene Fiber Electrodes.?Advanced Functional Materials, 2017,27(36), 1702493
4.微流控構筑點/片結構纖維電極
針對纖維電極低比表面積和機械強度的關鍵問題，陳蘇教授課題組以納米碳量子點材料摻雜和限域微通道內(nèi)自組裝為手段，構筑具有高機械強度及高能量密度的碳量子點/石墨烯纖維超級電容器。在微流體限域通道內(nèi)，親水性的納米碳量子點和石墨烯通過氫鍵和脫水-縮合作用自組裝橋連形成“Dot-Sheet”結構，從而將纖維電極的機械強度和電化學性能分別提高了3倍。
參考文獻：
Enriched Carbon?Dots/Graphene Microfibers towards High-Performance Micro-Supercapacitors.?Journalof Materials Chemistry A, 2018, 6, 14112-14119
量子點
1.磁熱法大規(guī)模制備熒光碳量子點
作為碳材料的一種，碳量子點以其優(yōu)異的物理化學和光學性能，引起了研究者們的廣泛關注。碳量子點具有無毒、廉價、原料來源廣泛等優(yōu)點，在生物、能源、顯示等領域有重要的應用前景。然而，目前碳量子點品種與制備方法單一，傳統(tǒng)的溶劑熱、微波合成等方法反應速度慢、轉化率低，無法實現(xiàn)碳量子點的大規(guī)模制備。因而，如何開發(fā)新工藝，實現(xiàn)低成本大規(guī)?？焖僦苽涮剂孔狱c成為此領域極富挑戰(zhàn)的課題之一。陳蘇教授課題組創(chuàng)新地采用磁熱反應器，快速熱解檸檬酸鹽和尿素，在三分鐘內(nèi)一步法快速制備了熒光碳量子點。通過優(yōu)化反應條件，可以在一小時內(nèi)得到多達80g碳量子點粉末（產(chǎn)量比傳統(tǒng)方法提高近160倍）。與普通反應器相比，磁熱反應器能量高，溫度升幅快且溫度穩(wěn)定性好，受熱均勻，整個反應過程從接觸式反應轉變?yōu)榉墙佑|式反應，安全高效。該方法不僅為碳量子點材料的合成提供新思路，還極大促進了碳量子點的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
參考文獻：
Rapid and?Large-Scale Production of Multi-Fluorescence Carbon Dots via Magnetic?Hyperthermia Method.?Angewandte Chemie International Edition, 2020, DOI:10.1002/anie.201914331
2.靜電微流控構筑高耐水鈣鈦礦聚合物纖維膜
利用外場作用構筑微納纖維一直是國內(nèi)外研究熱點之一。特別是以靜電紡絲為代表的一維微納纖維以其纖維易得、纖維直徑小等優(yōu)異特性在近二十年受到廣泛關注。然而，靜電紡絲過程是一個物理過程，很難發(fā)生化學變化。陳蘇教授課題組開發(fā)出微流體靜電紡絲機用于構筑全無機鹵化物鈣鈦礦納米晶（PNCs）摻雜的聚合物材料。創(chuàng)新提出纖維紡絲化學（Fiber-spinningchemistry，F(xiàn)SC）的新概念，即在微納纖維受限空間中原位實現(xiàn)PNCs在纖維中的生成。一方面，該方法解決了PNCs水穩(wěn)定性差的難題；另一方面，提出了一種合成PNCs全新的FSC新方法；同時，此方法環(huán)境友好，大大降低了揮發(fā)性有機化合物（VOCs）的排放，所制備的PNC耐水性大大提高，在大氣中儲存90天后，PNCs /聚合物纖維膜在光致發(fā)光（PL）中保持恒定，并且在水浸泡120小時后保持82%PL。
參考文獻：
Fiber-Spinning-Chemistry?Method toward In Situ Generation of Highly Stable Halide Perovskite?Nanocrystals.?Advanced Science, 2019, 6, 1901694.
3.碳點/聚合物復合材料應用于指紋提取與識別
針對目前對碳量子點應用局限的難題，陳蘇教授課題組將碳點/聚合物復合材料作為無墨圖案化基質，可實現(xiàn)提取以及識別潛指紋。與傳統(tǒng)的指紋提取方法相比，該方法不僅無毒安全能夠在多種材質表面上有效提取指紋，還能夠避免材質表面顏色對指紋識別的干擾?；谔键c/聚合物復合材料在指紋提取與識別的原理，該復合材料還能應用于凹版與凸版印刷工業(yè)，為指紋提取識別和綠色印刷產(chǎn)業(yè)提供了新思路。
參考文獻：
Recognition of Latent Fingerprints and Ink-Free Printing Derived fromInterfacial Segregation of Carbon Dots.?ACS Applied Materials & Interfaces, 2018,DOI: 10.1021/acsami.8b13545
水凝膠
1.微流控技術設計自愈合力驅動的宏觀自組裝
目前，自組裝的研究主要集中于分子層面的組裝，宏觀自組裝鮮有報道，特別是自然界自組裝及人工自組裝技術效率低，成為阻礙其發(fā)展的瓶頸，如何提高自組裝效率也是當今國際極具挑戰(zhàn)性的課題之一。陳蘇教授課題組以微流控技術為手段，原創(chuàng)性的設計開發(fā)了自愈合力驅動的宏觀自組裝方法。巧妙地利用自愈合高分子水凝膠微珠作為組裝單元，在微流體限域通道內(nèi)實現(xiàn)了超分子水凝膠微珠的連續(xù)化定向組裝，通過不同類型通道的設計，如單通道、Y型通道、平行通道、立體三角形通道，亦可實現(xiàn)特定形貌組裝體的可控組裝?；诮M裝基元之間固有的氫鍵和超分子作用力，可在幾分鐘內(nèi)完成組裝，實現(xiàn)從微米結構單元組裝成為宏觀大材料，大大提高了組裝效率，所制備的水凝膠材料具有很好的生物相容性，是很好的人體組織材料。此外，研究者利用該方法亦實現(xiàn)了熒光微球的自組裝，并將其成功用于LED的制備。這項研究成果為多維度材料的設計和快速構筑新型功能材料提供了一種新方法。
參考文獻：
Versatile Hydrogel?Ensembles with Macroscopic Multi-Dimensions.Advanced Materials, 2018, 30, 1803475
2.微流控紡絲原位合成自愈合凝膠纖維及其自組裝構筑纖維織物
如何通過簡單的方式將一維（1D）纖維材料轉變成多維有序結構材料具有重要的研究和應用意義。陳蘇教授課題組基于微流控紡絲原位合成自愈合凝膠纖維，并利用原纖維間的自愈合作用力實現(xiàn)了1D纖維到多維織物的編織。微流體紡絲技術由于其簡單，高效，靈活的可控性和環(huán)境友好的化學過程為凝膠纖維和纖維微反應器的連續(xù)化構造提供了強大的平臺?；谥骺腕w作用力，借助原纖維間的固有的超分子作用力，實現(xiàn)了多維纖維織物的簡單快速構筑，織物具有良好的柔性、可拉伸性能和較高的機械性能。此外，研究者將凝膠纖維與導電納米材料相結合，利用該方法成功制備了自愈合復合導線和超級電容器。這項研究成果為多維纖維結構材料的設計和快速構筑提供了一種新思路。
參考文獻：
Microfluidic-Directed?Hydrogel Fabrics Based on Interfibrillar Self-Healing Effects.?Chemistry?of Materials, 2018, DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b03579
陳蘇教授課題組網(wǎng)頁：
https://www.x-mol.com/groups/su_chen
陳蘇教授簡介
陳蘇，博士，教授，博士生導師，南京工業(yè)大學化工學院副院長，江蘇省精細功能高分子材料高技術研究重點實驗室主任。2002-2004年分別在美國麻省大學化學系和美國南密西西比大學高分子科學系進行博士后和研究員研究工作。歸國后主要開展創(chuàng)新性應用基礎研究，研究方向包括：量子點、光子晶體材料、納微宏無機-有機分子組裝功能高分子材料、前端聚合反應工程、微流控技術、水凝膠材料。同時，從事面向工程應用技術的研究，領域涉及功能高分子材料、半導體材料、熒光材料、LED發(fā)光器件、水性樹脂等。先后主持承擔國家自然科學基金重點項目和面上項目6項、國家“十一五”科技支撐計劃子課題、“863”重大重點項目子課題、國家重點研發(fā)計劃子課題、江蘇省“六大人才高峰”高層次人才項目、江蘇省高校自然科學重大基礎研究項目、江蘇省科技支撐計劃（工業(yè)）項目、高等學校博士學科點專項科研基金、美國Celanese公司國際合作項目和國家人事部留學回國重點基金等項目。以第一作者或通訊聯(lián)系人在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int.Ed.、Adv. Mater.、Macromolecules等國際知名雜志上發(fā)表SCI收錄論文200余篇，相關成果得到美國Science News、Nature-NPG AsiaMaterials、MRS Bulletin、Chemical &Engineering News、Chemistry Views等學術媒體的廣泛報道。擔任Journal ofNanomaterials雜志客座主編，The Scientific World Journal雜志編委，J. Am. Chem. Soc.、Chem. Mater.和Macromolecules等十多個知名刊物的審稿人及英國皇家化學學會特邀評審人。獲國家教育部自然科學二等獎1項、中國石油與化學工業(yè)協(xié)會技術發(fā)明二等獎1項、江蘇省科學技術進步獎三等獎2項、國際納米技術與應用納米技術成果大賽獲銀質獎1項。江蘇省“青藍工程”學術帶頭人，中國儀表材料學會理事，江蘇省合成樹脂工程技術研究中心技術委員會主任。
團隊合影
