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华南理工大学王静禹、广东工业大学邱学青《ACS Nano》:具有可调节、响应性结构色的“光子木质素”

华南理工大学王静禹、广东工业大学邱学青《ACS Nano》:具有可调节、响应性结构色的“光子木质素” 高分子科技
2022-12-10
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导读:开拓了木质素在先进光学材料中的应用,为天然高分子基功能材料的开发及生物质资源的高值化利用...
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光子材料具有独特的光学性能、环境响应性能、化学稳定性能,其在光学、生物医学和能源等领域具有巨大应用价值。随着全球环境问题和人类健康需求日益增加,利用天然高分子作为原材料,开发绿色可持续、生物相容性好、生物可降解的环境友好型光子材料已成为如今先进光学材料的重要研究方向。木质素是自然界储量极为丰富的生物质资源,具有优异的生物相容性、热稳定性、抗紫外和抗氧化性,有望成为制备天然高分子基光子材料的重要原料。然而,木质素分子易聚集形成无规聚集体,使其在构筑光子材料所需的有序结构时面临巨大挑战。

近期,华南理工大学王静禹、广东工业大学邱学青团队在前期研究工作(Small, 2022, 18, 2200671)的基础上,利用单分散木质素胶体球作为结构单元,成功构筑了木质素胶体球的短程有序结构,实现了木质素超分子结构从无序到有序的重要转变,从而制备出具有结构色的“光子木质素”(图1)。通过改变木质素胶体球粒径,“光子木质素”的结构色可在整个可见光波段进行调节。
 

1 “光子木质素”制备示意图


“光子木质素”产生的结构色无角度依赖性且具有溶剂响应性。因此,研究人进一步利用“光子木质素”制备了响应性的结构色涂料,并将其应用于智能绘画、可复写纸张和加密图案(图2)。细胞毒性试验表明,相比于传统的结构色材料,“光子木质素”与人体皮肤、血管、消化系统和其他组织细胞均具有良好的相容性,证明其在植入/可穿戴光学设备、先进化妆品和智能食品包装等应用中具有巨大潜力。
 

2 具有溶剂响应性的木质素基结构色涂料

该研究开拓了木质素在先进光学材料中的应用,为天然高分子基功能材料的开发及生物质资源的高值化利用提供了重要理论基础与技术指导。相关成果以“Photonic Lignin with Tunable and Stimuli-Responsive Structural Color”为题发表在ACS Nano期刊上(ACS Nano, 2022, DOI: 10.1021/acsnano.2c07756)。该研究得到国家自然科学基金委的支持。


原文链接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c07756


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