结构色复合膜可由胶体晶体阵列和聚合物复合而成,在柔性显示、防伪材料、光学涂层、可视化传感等领域具有广泛应用。然而,目前高质量结构色复合膜的规模化制备仍存在挑战。依靠溶剂挥发诱导胶体有序组装的方法受到热力学和动力学的多因素控制,不易调控、过程耗时。
近期,华中科技大学化学与化工学院朱锦涛、张连斌教授团队在高质量结构色复合膜的制备方面取得了重要进展。他们提出了一种通过剪切由胶体粒子与聚合物组成的超分子胶体复合物来快速、温和大面积制备结构色复合膜的方法(图1)。该研究利用了超分子相互作用的动态可逆性质改善了复合材料的加工性能,使高模量的超分子复合物能够在室温条件下有序加工。同时,利用了超分子相互作用的可调性和多样性,将构筑结构色复合膜的材料体系扩展到各种常用聚合物与胶体粒子(图2)。通过调控超分子复合物中聚合物的分子量和胶体粒子的体积分数,阐明了剪切诱导胶体有序化的机制,为生产高质量结构色复合膜提供了指导(图3)。这项研究克服了利用剪切法制备结构色复合膜时材料的局限性,为使用常见材料温和制备有序复合材料提供了新思路。该工作以“Scalable production of structurally colored composite films by shearing supramolecular composites of polymers and colloids”为题发表在《Nature Communications》上(Nat Commun 2024, 15, 1874)。文章的通讯作者是张连斌教授,第一作者是华中科技大学博士后李苗苗博士。该研究受到国家自然科学基金委和中国博士后科学基金项目的资助。
该工作是团队近期在构筑高性能结构色复合膜相关研究的最新进展之一。结构色复合膜的光学和力学问题对材料的应用造成了极大困扰。为解决这些问题,该团队通过将具有超分子连接作用的胶体粒子与聚合物共组装,构筑了具有自修复能力和可回收再利用的基于超分子作用的结构色复合膜,延长了材料的使用寿命(Adv Mater, 2022, 34, 2110488; Adv Mater, 2019, 31, 1805496; Adv Funct Mater, 2020, 30, 2000008;Macromol Rapid Commun, 2022, 43, 2100867)。此外,团队利用超分子作用的可调性,优化超分子作用,调控超分子交联动力学,获得了从短程有序到长程有序结构可调的结构色复合膜。通过搭建原位检测系统研究了超分子网络对胶体结构的调控规律,以及影响胶体结构转变的关键性因素,为高性能结构色复合膜的制备提供重要思路(Macromolecules, 2022, 55, 8345)。同时,团队还探索了结构色复合膜在光学防伪、可视化传感领域中的应用(Adv Funct Mater, 2023, 33, 2306025; CCS Chem, 2022, 5, 624; Chem Eng J,2023, 470; Chem Eng J,2022,446, 136879; Small, 2021, 17, 2103271)。这些研究成果对于制备高性能结构色复合膜并促进其在不同领域的应用具有重要意义。
原文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-024-46237-4
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