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电子科大崔家喜教授团队《Nat. Commun.》: 一种结构色可控且机械性能可调的自生长光子晶体复合材料
2022-12-23  来源:高分子科技

  结构色来源于物理结构对光的调制,通常包括衍射、干涉以及散射等物理效应。基于结构色无毒、环保且视觉效果栩栩如生的优势,其在机械传感、柔性显示、光学涂层和防伪材料等领域具有广泛的应用前景。目前,涉及上述应用的关键是制备各种结构复杂的有序周期性纳米结构。然而精细的加工工艺、高额的加工成本和较高的合成水准制约了其发展。此外,所获结构色图案不稳定、分辨率低,可控性较差,同时伴随材料脆、不能后加工等问题,与天然的结构色材料亦形成鲜明对比。因此,开发简单的方法来制造颜色鲜艳、性能可控的结构色多色图案化材料具有十分重要的意义,亦是一项挑战。


  用合成构件模仿生物体生长是设计智能材料的一种新兴思路。电子科技大学崔家喜教授团队最近开发了一种独创的生长方法,使交联的聚合物结合外部提供的化合物来进行生长。这种生长策略包含前驱体的膨胀和聚合,以及新生和原始网络的均匀化。该策略实现了在平整表面构筑阵列突触的粗糙表面Nat. Commun. 2020, 11, 963),可对聚丙烯酸酯材料的力学、形貌和尺寸进行多维度调控ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 6 )赋予刚性基材自我修复能力J. Mater. Chem. A, 2022, 10, 174-179以多维度生长构建水凝胶电路板Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2206222),实现水凝胶材料在受力状态下的生长(Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2212402基于此,他们提出了一种基于光聚合和酯交换耦合反应的光诱导聚合生长策略,并将其应用在“活 ”的光子晶体体系中,在生长程序的作用下,实现了制造具有可控结构色、图案能力和可调机械性能的光子晶体复合材料。近日,该研究工作以“Self-growing Photonic Composites with Programmable Colors and Mechanical Properties”为题发表在《Nature Communications》上。


1. 生长策略构筑光子晶体复合材料。(a孔雀及其尾羽枝的图像。SEM图像展示了蓝色(向上)和棕色(向下)的小羽枝及其横截面结构。(b) 孔雀羽毛产生结构色的光子晶体复合结构示意图。选择性角蛋白生长导致出现不同的结构色和图案;c生长策略制造光子晶体复合材料的示意图。


  如图1所示,“活”的光子晶体系统由嵌入聚合物基体中的二氧化硅纳米球组成,它可以通过在外部环境中引入“营养物质”而进行空间选择性生长。这种生长是通过同时使用由单体、交联剂、光引发剂和酯交换反应催化剂组成的营养液使交联聚合物基体均匀膨胀,然后由光诱导聚合而实现的。通过这种设计,可以不断地改变光子带隙和系统组成,从而根据需要调节材料的颜色和机械性能。


2. 生长制备光子晶体复合膜的光学特性。(a初始样品及其生长样品的数码照片,横截面SEMb和紫外可见吸收光谱图cd, e理论和实验预测平面间距2d、反射峰(颜色)与生长的关系。


  生长可引起原有光子晶体晶格参数的扩展从而使该系统能精确和持续地改变其光子带隙,进而以一种按需的方式改变颜色。 


3.生长制备光子晶体复合膜的机械性能。(a)从不同的无交联剂营养液中获得的生长样品的弹性模量;(b从含不同交联剂浓度的营养液中获得的生长样品的弹性模量;(c原有样品在弯曲过程中断裂的数字照片;d可逆软化生长样品的化学机制示意图:醇解使连接结构解体(软化),逆醇解使连接重组(硬化);e, f柔性样品在弯曲、卷起、扭曲和折叠状态的数码照片以及原有样品和生长样品的应力应变曲线;(g重塑形状机制(上图)和多次重塑形状样品的数码照片。 


4. 光子晶体复合膜的空间选择性生长。(a光诱导的选择性生长;(b从同一基底上通过空间选择性生长制备多色图案;(c自修复机制(上图)和自修复样品的数码照片;(d自修复样品的修复效果。


  生长通过改变营养液中的成分和生长程序,可以选择性地改变样品的尺寸、颜色和机械性能。在这种机制下,获得的材料不仅显示出良好的灵活性、韧性和自愈/重塑能力,而且还可制造复杂的、高分辨率的多色图案。由于这种简便的方法可以应用于常用的聚合物体系,并能产生优异的性能,可以预见它在应对结构色材料的许多新挑战和扩大其商业价值方面具有巨大的应用潜力。


  该论文通讯作者为电子科技大学基础与前沿研究院的崔家喜教授,文章第一作者为电子科技大学基础与前沿研究院的博士后薛娟,电子科技大学基础与前沿研究院为第一单位。该论文获国家自然科学基金(5197302352003035)与中国博士后科学基金(W03019023601004133)的共同资助。


  论文链接:https://www.nature.com /articles /s41467-022-35555-0

  Xue, J., Yin, X., Xue, L. et al. Self-growing photonic composites with programmable colors and mechanical properties. Nat. Commun. 13, 7823 (2022).

  https://doi.org/10.1038/s41467-022-35555-0

  课题组主页:https://www.x-mol.com/groups/cui_jiaxi


电子科大崔家喜教授团队诚聘博士后、副研究员、研究员


一、团队简介

  崔家喜教授团队现有特聘(副)研究员4在站博士后2人,博士研究生4名,硕士研究生2研究助理1主要研究方向包括:仿生聚合物材料、聚合物涂层和界面、聚合物网络结构、水凝胶、自修复材料、生物医用材料及软物质液晶的自组装行为。目前课题组同时开展基础和应用两个方向的研究,除了承担国家和四川省纵向课题外,与4家公司建立深度研发合作,承担4项横向课题研究。


二、团队负责人简介

  崔家喜,教授,博士生导师,国家青年人才,四川省青年人才,成都市“蓉漂计划”特聘专家,四川省学术和技术带头人。2008年博士毕业于北京大学,先后在北京大学、德国马普高分子所、哈佛大学等国内外知名高校或科研机构从事化学领域的研究工作。在Nat. Mater.Nat. Commun.Adv. Mater.Adv. Funct. Mater.JACSAngew. Chem. In. Ed.等国际著名期刊发表学术论文100多篇,引用4300多次;H指数38i10指数77。编写英文专著(章节)2部。研究成果多次受到国内外专家和各科学媒体(Wiley,ChemView,MRS,Phys 等)以及电视台的竞相报道与高度评价。崔家喜教授发表的新型超滑表面涂层系列研究工作不仅是学术领域开创性和引领性的工作,而且也受到的商业界的关注。


三、招聘岗位信息
岗位:博士后、副研究员、研究员
研究方向:高分子化学、有机合成、材料学相关专业、功能聚合物涂层材料、交联聚合物材料、软物质液晶自组装

工作地点:成都、湖州


薪酬待遇:

  博士后:年薪30万起,若入选国家博新计划,年薪不低于50/年;研究院为引进的博士后提供人才公寓或租房补贴(1500/月,连续补贴2年);享受购房补贴40万;博后在站期间,子女入托入学可与研究院教职工子女享受同等待遇;进站半年后,优秀博士后可申请研究院“师资博后计划”。出站优秀博士后可申请转为专职科研人员,享受该岗位相应待遇;按浙江省相关文件要求,博士后出站人员,在站期间能够圆满完成研究课题,并取得科研成果的,可直接认定相应高级职称。


  副研究员、研究员带编专职科研岗,年薪40、50起;科研启动经费60、80万起;享受湖州市高层次人才待遇,安家费10万起、购房补贴40万起、租房补贴(1500/月,连续补贴3年)、配偶安置、退税(前3年)等人才待遇。研究院按照国家规定为专职科研人员缴纳“五险二金”,协助子女入托、入学等问题。成果优秀者,可以推荐申请浙江省和湖州市高层次人才计划


四、联系方式
  请将个人简历发至jiaxi.cui@uestc.edu.cn(请以应聘+岗位名称+姓名为邮件主题和文件名)。
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(责任编辑:xu)
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