武汉纺织大学徐卫林院士团队张晓芳副教授、四川大学熊锐特聘研究员ACS nano：面向极端环境的光子织物

近日，国际知名学术期刊《ACS Nano》在线发表了武汉纺织大学纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室徐卫林院士团队张晓芳副教授、四川大学高分子研究所熊锐特聘研究员的一项最新研究成果，论文标题为《Hierarchical Assembly of Patternable Chiroptical Biotextiles with Extreme Environment Stability》。该文章通过在纺织品表面原位镶嵌多尺度光子结构，制备了在极端环境下兼具良好光-力学性能的光子织物。这种光子结构着色有望解决传统化学色稳定性差的弊端，为极端环境下（如外太空）的色彩应用需求提供了新策略。（ACS Nano. 2023, doi.org/10.1021/acsnano.3c06463）。

图1. 仿生多级光子结构，大规模制备极端环境稳定的光子织物。

传统纺织品染色主要依赖于化学染料，依靠分子结构生色的化学染料极易在强紫外、高低温、强酸碱等恶劣条件下发生褪色或掉色，颜色的环境稳定性差，难以满足极端环境下的色彩需求。因此，亟需开发新型着色策略以构建颜色持久、稳定的高性能纺织品。基于此，受自然界中生物体稳定光-机械多功能性启发，基于纤维素纳米晶自组装形成手性光子结构产生结构色特性，及其良好的热学、力学及化学稳定性，作者从废弃纸浆板中提取纤维素纳米晶作为功能光子染料，通过一步组装方法，大规模制备极端环境稳定的米级光子织物（图1）。

图2. 多尺度光子结构间的光学耦合增强机制。

该研究中，（1）选用表面具有特殊地形结构的纺织品为基材，借助微模板技术，将纤维素手性光子结构原位镶嵌在织物表面，一步组装形成微纳多尺度光子结构；多级光子结构间协同产生光学耦合增强效应，保证了织物表面明艳的结构色着色效果（图2）。（2）引入增塑剂，确保纤维素纳米晶沿纺织品表面进行保形自组装；此外，增塑剂作为“连接桥”，促使形成一体化互锁连续多层次结构，此结构确保了光子结构涂层与纺织品基材间的无缝连接，保证了光子织物良好的力学强韧性（图3）。（3）基于纤维素纳米晶手性光子结构敏感的湿度刺激变色响应性，所制备的光子织物可直接用于无墨水印刷，实现纺织品表面多彩图案化；且图案化的光子织物对多种刺激(包括手性偏振光、角度和有机溶剂)具有高度响应性（图4）。（4）得益于纤维素纳米晶光子结构的稳定性，该光子织物表现出优异的耐极端环境稳定性，在高低温（130℃，-196℃），强酸碱、强紫外辐射及有机溶剂等处理后，仍保留良好的光-力学性能（图5）。

图3. 光子织物的力学强韧性。

图4. 光子织物的无墨水印刷及其多刺激响应性。

图5. 光子织物的耐极端环境稳定性。

文章的第一作者是武汉纺织大学纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室研究生李芳玲，武汉纺织大学纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室徐卫林院士、张晓芳副教授、四川大学高分子研究所熊锐特聘研究员为论文的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金项目、湖北省自然科学基金项目、纺织新材料及先进加工技术国家重点实验室开放项目资助。

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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