武汉大学常春雨/张俐娜院士：囊状纤维素纳米晶增强，机械热致变色水凝胶

　　【科研摘要】

　　具有高度耐用的结构颜色的基于纤维素纳米晶体（ CNC）的相应光学材料的开发受到越来越多的关注。然而，由于诸如组装时间长和由高百分比的CNCs引起的聚集等因素，具有手性向列排列的CNCs的刺激响应性光学水凝胶不足以用于实际应用。

　　最近 ， 武汉大学 常春雨副教授 /张俐娜院士 团队 通过对 被膜纤维素纳米晶体（TCNC）进行定向剪切，然后将对齐的TCNC锁定在聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）网络中，制得具有均匀干涉色的机械-热致变色水凝胶。 由于TCNC的长径比和结晶度较高，因此在较低的浓度下会出现虹彩双折射。中等浓度（ 〜 5 wt％）的剪切取向TCNCs不仅使纳米复合水凝胶具有均匀的干涉色，而且改善了水凝胶的机械性能。

　　取向的TCNC/PNIPAM水凝胶对拉伸力，压缩力和温度表现出可逆且独特的响应性。这项工作为设计用于传感器，环境监测和防伪标签的基于TCNC的可持续性和可拉伸响应光学设备提供了一种新策略。 相关论文以题为 Shear-aligned tunicate-cellulose-nanocrystal-reinforced hydrogels with mechano-thermo-chromic properties 发表在《 Journal of Materials Chemistry C 》上。

　　【主图导读】

　　图 1剪切取向的TCNC/PNIPAM水凝胶（OH）的设计和制造。

　　图 2 TCNC/PNIPAM水凝胶的结构。 （a）随机TCNC/PNIPAM水凝胶（RH）和（b）定向TCNC/PNIPAM水凝胶（OH-9）的SEM图像，带有原始的黑白图像（右），以及来自OrientationJ的彩色输出，即插头 在ImageJ软件中（左），比例尺= 1μm。（c）在水凝胶样品中取向的代表性分布。（d）RH和（e）OH-9的2D WAXS模式。

　　图 3 （a）RH和（b）OH-9在45°（顶部）和0/90°（底部）的POM图像，比例尺= 250 μm。（c）OH-9和RH相对于偏振片的偏振光强度的极坐标图。（d）交叉偏光镜下不同厚度的OH样品的照片和（e）UV-vis光谱，比例尺= 1 cm。

　　图 4 OH样品的机械变色特性。 （a）拉伸应力-应变曲线；（b）OH-9在10次加载-卸载循环中的应变为50％时的拉伸应力-应变曲线；（c）OH-11在10个加载-卸载循环中的应变为50％时的压缩应力-应变曲线。（d）交叉偏振器下不同应变下OH-9的照片和（e）透射光谱，比例尺= 1 cm。（f）OH-11在交叉偏光镜下在不同压力下的照片和（g）透射光谱，比例尺= 2 mm。

　　图 5 OH样品的热致变色特性。 （a）550 nm处的透射率和（b）水凝胶样品的溶胀率随温度的变化；（c）水凝胶在10个循环中可逆溶胀；（d）交叉偏振器在不同温度下OH-7的透射光谱；（e）OH样品的相应波长与温度的关系；（f）OH-7在10个循环中的相应稳定性；（g）OH-7样品在不同温度下的POM图像，比例尺= 150 μm。

　　参考文献 ： doi.org/10.1039/D1TC00911G

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