結(jié)構(gòu)色（Structural Color）有別于顏料色（Pigment Color），廣泛存在于甲蟲的殼、飛蛾的翅膀、鳥的羽毛等自然界生物中?；诜律脑?，如今科研工作者開展了大量有關(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）由于其獨特的光學特性、原料來源廣泛、制備條件簡單等特點，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，上海交通大學化學化工學院王新靈課題組制備出了一種具有疏水表面且有機溶劑可致變色的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材料設計：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，使得三嵌段樹脂可以穩(wěn)定的存在于薄膜材料之中，進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，有助于擴大其結(jié)構(gòu)色對有機溶劑的響應窗口，使該復合膜的顏色在吸收有機溶劑后有著肉眼可見的紅移。
其二，該工作通過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接枝在復合膜表面，使得薄膜表面具備了疏水特性，使水分無法影響薄膜結(jié)構(gòu)色的表現(xiàn)。
該工作中所制備的復合薄膜為今后提高CNCs結(jié)構(gòu)色的耐水穩(wěn)定性和循環(huán)響應性提供了新思路，未來有望應用于可重復書寫的疏水紙、仿生傳感器以及屏幕顯示等領(lǐng)域。
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