液態(tài)光子晶體（Liquid Photonic Crystals, LPCs）是由微納尺度的組裝基元在液體介質(zhì)中自發(fā)形成的周期性結(jié)構(gòu)，可通過光子帶隙效應(yīng)和布拉格散射選擇性調(diào)控光的傳播。與傳統(tǒng)光子晶體材料不同，LPCs表現(xiàn)出獨(dú)特的流動性和動態(tài)可逆性，其結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性可根據(jù)溫度、電場和磁場等外部刺激動態(tài)調(diào)節(jié)，在新型傳感器、智能顯示器和防偽技術(shù)的應(yīng)用中顯示出巨大潛力。
近年來，膠體納米微球憑借其高效自組裝特性，已成為構(gòu)建LPCs的重要基元。然而在低固含量體系中，無序分散的納米微球難以自發(fā)有序組裝。目前常規(guī)LPCs制備策略主要依賴于物理濃縮、化學(xué)聚合或外場（如電場/磁場）誘導(dǎo)以縮短球間距，進(jìn)而形成預(yù)結(jié)晶團(tuán)簇。相比之下，通過誘導(dǎo)劑調(diào)控低固含量分散液實(shí)現(xiàn)自組裝的方法仍鮮有報(bào)道，其誘導(dǎo)機(jī)制與可控構(gòu)建仍缺乏系統(tǒng)性研究。
圖1 PAA-b-PS納米微球的制備
圖2 聚合物誘導(dǎo)PAA-b-PS納米微球分散液形成LPCs
圖3 不同誘導(dǎo)劑的誘導(dǎo)效果以及誘導(dǎo)機(jī)理
為進(jìn)一步探明親水性高分子材料的誘導(dǎo)機(jī)理，采用低場核磁共振（LF-NMR）表征體系中水的結(jié)合狀態(tài)和分布。結(jié)果表明，在低固含量PAA-b-PS納米微球分散液中， 部分水分子被PAA-b-PS納米微球的羧基表面吸附而表現(xiàn)為結(jié)合狀態(tài)，其余水分子則以游離狀態(tài)存在；加入CMC后，其鏈上的羧酸基團(tuán)與自由水發(fā)生強(qiáng)結(jié)合，將體系中大量“自由水”轉(zhuǎn)化為“結(jié)合水”或“半結(jié)合水”。
圖5 LPCs水凝膠的DLP 3D打印
基于上述低固含量PAA-b-PS納米微球LPCs的形成機(jī)理，作者對CMC進(jìn)行光敏改性，使其適用于數(shù)字光處理（Digital Light Processing, DLP）3D打印技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)了具有精細(xì)結(jié)構(gòu)LPCs水凝膠的三維成型，如圖5所示。
相關(guān)成果近日以“Synergistic Hydrophilic and Electrostatic Induction for Liquid Photonic Crystals of Poly (acrylic acid)-block-Polystyrene Colloidal Nanospheres from RAFT-Mediated Emulsion Polymerization”為題發(fā)表于《Small》，DOI: 10.1002/smll.202410729，通訊作者為浙江理工大學(xué)黃益副教授、邵建中教授和蒙納士大學(xué)（Monash University）San H. Thang教授，第一作者為浙江理工大學(xué)紡織科學(xué)與染整工程碩士生張旭。該工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No. 52103068）、浙江省自然科學(xué)基金（LY21E030019）、蘇州大學(xué)紡織行業(yè)絲綢功能材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（No. SDHY2234）和中國留學(xué)基金委的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202410729
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