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我校在快速水写显色光子晶体材料领域取得新进展

时间:2021-07-25   来源:化工学院   作者:精细化工国家重点实验室   

响应性光子晶体是一种能够对外界刺激做出反应的新型智能材料,可以通过观察颜色的变化来判断外界刺激的变化,在显示、防伪、传感等众多领域有着广阔的应用前景。其中水响应光子晶体因其无污染、环保的特点而受到广泛关注。

近日,精细化工国家重点实验室张淑芬教授团队在ChemicalEngineering Journal上发表了题为“Fast Water-Response Double-Inverse Opal Films with Brilliant Structural Color”的文章,首次制备出响应速度快、颜色亮丽的新型水响应双反蛋白(WRDIO)光子晶体膜材料,作为非染料基的水写材料,遇水即显示亮丽的结构色,具有广阔的应用前景。

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图1.氢键诱导润湿性改变的双反蛋白光子晶体膜的原理和功能示意图

它的原理类似莲蓬结构,将聚苯乙烯(PS)微球引入到反蛋白骨架中,制备了粒子嵌套的双反蛋白结构。水响应是指通过诱导反蛋白骨架孔内的PS球在水环境中从随机分布到受液体浮力作用而均匀分布,从而消除光散射干扰,产生亮丽结构色的过程。

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图2.氢键诱导润湿性转变的表征

将反蛋白骨架主链经碳酸钠处理,羧基去质子化后有效地抑制了聚合物链之间氢键的形成,暴露的羧基阴离子同时导致亲水性,有利于水快速渗透进反蛋白骨架的孔内。

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图3.非溶胀水响应双反蛋白膜用于信息安全

利用结构浸润性差异,可以使该膜材料带有不可见图案。水刺激该膜材料也可以快速响应显示出该预置图案,成为响应快速解密的双反蛋白膜加密材料(水解密视频如下),这种新型的多级刺激水响应材料在信息安全领域也有着应用潜力。

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图4.渗透压驱动溶胀的水响应双反蛋白膜用于传感检测

该膜材料通过调整羧基阴离子的含量可调整其响应性能。高比例羧基阴离子引起液体渗透压升高,会使制备的双反蛋白膜快速被水溶胀,而乙醇则不能使其溶胀。因而通过调整羧基阴离子含量,该显色膜随乙醇-水混合物组成比例的变化,显色光谱在92 nm范围内调变(溶胀响应视频如下)。这种快速响应、高灵敏的溶剂组成调变膜材料显色的现象预计在传感领域有着意义明显的应用价值。

论文的通讯作者为我校张淑芬教授,第一作者为化工学院博士生周常通。

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721027947

编辑:秦博昱   
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