Angew：新成員！機械變色的鈣鈦礦納米片結構色水凝膠
一、文章概述
天然蛋白石、甲蟲、蝴蝶、鮑魚殼等的結構顏色是通過材料的亞微米級微結構對光的干涉或衍射而產生的，不像染料和顏料的顏色是由于光吸收引起的電子躍遷所致。由于結構色材料具有令人著迷的特性，例如高耐久性和奇特的彩虹色，因此有望在繪畫、防偽和裝飾領域中得到廣泛的應用。受自然界的啟發，研究人員一直致力于制造結構色材料，例如球形顆粒、膽甾醇型液體晶體和表面活性劑膠束的組裝。此外，結構顏色特性與其他功能的耦合是進一步被看好，并且可能會制造出超出自然系統的范圍之外的新材料。刺激響應性結構色材料適用于傳感、智能設備、智能顯示器和信息存儲。盡管膽甾型液晶已被稱為經典的溫度響應性結構色料，但近來已報道具有結構色的軟彈性體或凝膠是機械致變色材料。日本福岡工業大學Nobuyoshi Miyamoto教授研究團隊在本文中報道了一種功能性鈣鈦礦納米片作為結構色材料的新成員；研究人員通過原位光聚合將這種結構彩色鈣鈦礦納米片結合到聚（N-異丙基丙烯酰胺）（PNIPAm）網絡中，成功制造了具有快速響應、高靈敏度和高機械韌性的機械變色結構色水凝膠薄膜。由于液晶（LC）納米片在液-玻璃界面處的自發取向，因此不需要特殊的設備即可獲得納米片的均勻排列的單疇。在這里選擇了Dion-Jacobson型層狀鈣鈦礦氧化物，其一般組成公式表示為M [An-1BnO3n+1]（M = K，Na，H；A = Ca，Ba，K，Sr；B = Nb，Ti）。由于高度可設計的化學組成、結構和功能（例如發光特性、光催化活性和固體酸催化活性），因此，該策略為未來多功能結構色材料的開發奠定了基礎。
二、圖文導讀
可通過改變納米片濃度來調節鈣鈦礦納米片膠體明亮的結構色。3wt％（圖1d）和2wt％（圖1c）的納米片膠體顯示具有珠光光澤的結構顏色，而1 wt％（圖1b）的膠體是無色的。在紫外可見反射光譜中，3 wt％的膠體（圖1 d）顯示的最大反射波長max為469 nm。此外，在238nm附近的紫外線區域（3 wt％）也觀察到小的峰，即max的一半。低于360 nm左右的強吸收歸因于半導體鈣鈦礦納米片的帶隙吸收，這一點已通過以下觀察得到證實：在無結構的稀膠體（0.1 wt％）中也觀察到了帶隙吸收（圖1a）。隨著納米片濃度的降低，max移至更長的波長：分別為2 wt％和1 wt％時為600 nm和760 nm。
圖1.液晶鈣鈦礦納米片的結構彩色膠體溶膠的特征。
a-d）納米片濃度為a）0.1 wt％、b）1 wt％、c）2 wt％和d）3 wt％的納米片的膠體的紫外可見反射光譜和照片。
e）具有1 wt％、2 wt％和3 wt％納米片的膠體的小角度X射線散射曲線和2D圖案。
圖2.具有3 wt％納米片的結構彩色納米片/PNIPA復合水凝膠的表征。
A）在凝膠合成的每個步驟中樣品的UV/Vis光譜。
B）用設置在凝膠表面的交叉偏振器08和458觀察到的凝膠橫截面的偏振光學顯微鏡圖像。
C）從橫截面（紅線）和表面（黑線）觀察到的凝膠膜的SAXS輪廓。
D）用于SEM和SAXS觀察的凝膠的表面，切片表面和橫截面的圖示。
E-I）干燥凝膠的SEM圖像：E）、F）復合凝膠的表面和切片表面；G）、H）復合凝膠的橫截面；I）純PNIPAm凝膠表面的SEM圖像。
圖3.納米片/PNIPAm復合水凝膠的機械變色現象。
A）不同納米片濃度為0、1、2和3 wt％的水凝膠的壓縮應力-應變曲線。
B）壓縮應變與凝膠的max之間的關系。插圖：貼有玻璃板的凝膠膜的照片；用鑷子推動玻璃板的一端，以便由于壓力梯度（C）出現漸變顏色是具有不同的納米片濃度為0、1、2和3 wt％的水凝膠的拉伸應力-應變（ss）曲線。
D）在拉伸測試期間具有3wt％的納米片的凝膠的照片；照片是在（C）的s-s曲線中指示的點上拍攝的。
E）當凝膠被重物撞擊時，用高速相機拍攝的照片。
F）演示通過推動玻璃板和由硅橡膠片制成的圖章之間的結構色膠，可逆地顯示字母“ FIT”。
| 溫馨提示：蘇州北科納米供應產品僅用于科研，不能用于人體,不同批次產品規格性能有差異。網站部分文獻案例圖片源自互聯網，圖片僅供參考，請以實物為主，如有侵權請聯系我們立即刪除。 |
下一篇： 納米醫學產品1
