《‌‌JBB》广西大学赵辉/福建农林廖光福：仿生多网络架构实现光子水凝胶中光学与机械性能的解耦

基于纤维素纳米晶（CNCs）的机械着色光子水凝胶面临着结构颜色鲜艳度与机械强度之间的矛盾。受海兔虹彩色素的启发，研究团队设计了多网络协同策略以克服这一难题。通过共组装、前驱体渗透和热聚合反应，成功制备出CNC/聚丙烯酰胺/水性聚氨酯（CPW）复合水凝胶。该体系将葡萄糖修饰的CNC（gCNC）手性模板嵌入互穿弹性基质中，形成三重网络结构。动态氢键作用在保持结构有序性的同时赋予材料优异的力学性能（拉伸强度420 kPa，延伸率821%）。因此，该水凝胶在拉伸时可实现从近红外到全可见光谱范围的可逆颜色转换，反射峰波长介于467至670 nm之间。本研究展示了其在定制化信息加密领域的应用潜力：编码图案可在特定应变条件下精准显现，并具备良好的循环耐久性。这不仅为设计智能响应材料提供了独特的仿生范式，更为生物基光子材料在先进及极端环境中的实际应用迈出了关键一步。

图1. 对于纤维素纳米晶体/葡萄糖改性纤维素纳米晶体（CNC/gCNC）薄膜系列：(a)结构示意图；(b)傅里叶变换红外光谱（FT-IR）；(c)拉曼光谱；(d)X射线衍射（XRD）图谱；(e)不同一水葡萄糖（Glc·H₂O）含量复合材料在自然光下的照片。随着Glc·H₂O含量的增加，这些复合材料分别称为gCNC₁、gCNC₂、gCNC₃、gCNC₄和gCNC₅。

图2. gCNC复合材料的照片，左侧为相应的偏振显微镜（POM）图像（比例尺=200 μm），右侧为横截面扫描电子显微镜（SEM）图像（比例尺=200 nm）。面板(a)–(f)分别代表CNC、gCNC1、gCNC2、gCNC3、gCNC4和gCNC5。

图3。(a)CNC/聚丙烯酰胺/水性聚氨酯（CNC/PAAm/ WPU ， CPW）复合水凝胶的示意图；(b)聚丙烯酰胺（PAAm）、CNC/聚丙烯酰胺（CNC/PAAm，CP）及 CPW 水凝胶的应力-应变曲线；（c、d）水性聚氨酯（WPU）、PAAm、CP及 CPW 复合材料的傅里叶变换红外光谱；（e、f）CP在不同温度下的傅里叶变换红外光谱；（g、h）CPW2在不同温度下的傅里叶变换红外光谱；PAAm、CP及含8%质量分数 WPU 的 CPW 中CPW2的流变学表征：(i)频率扫描曲线；(j)振幅扫描曲线；(k)CNC、gCNC及CPW2的 XRD 图谱。

图4。(a) CPW 复合水凝胶拉伸响应机制示意图；(b)复合水凝胶在自然光下拉伸时的颜色变化过程；(c)不同应变水平下的偏振显微镜（POM）图像；(d)gCNC1与 CPW 复合水凝胶断裂面的扫描电子显微镜（SEM）图像；(e)不同应变下的可见光反射光谱及对应的CIE 1931色度图；(g)复合水凝胶在不同拉伸状态下色调(H)的变化；(h)拉伸响应型结构彩色水凝胶的颜色再现性测试；二维广角X射线衍射（2D- WAXD）：CPW2水凝胶在(i)0%、(j)50%和(k)100%应变下的衍射图谱，以及(l)不同应变下的对应衍射图谱。

图5。(a) CPW 结构色编码水凝胶制备工艺示意图；(b)分别展示编码gCNC薄膜（左二）、未拉伸状态（右二）及拉伸状态（最右）的图像。

期刊：Journal of Bioresources and Bioproducts

题目：Decoupling optical and mechanical trade-offs in photonic hydrogels via bioinspired multi-network architecture

作者：Daoming Wang, Xuyang Zou, Xusheng Wang, Guangfu Liao, Kejin Jiang, Shanshan Dong, Han Xu, Jianhua Xiong, Peng Li, Zhenming Chen, Junheng Pan, Hengchong Shi, Qingshan Duan, Shuangfei Wang, Hui Zhao

接受日期：First published: 12 May 2026

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jobab.2026.100265

来源：发光材料与器件应用