/ *从滑块中删除Meta的评论* /

瓶刷聚合物创造了彩虹的结构颜色

通过|2021年4月15日

研究人员创造了一种新的、优雅的制造纳米结构微粒的方法,用一个聚合物刷子就能制造出色彩鲜艳的调色板。

你有没有想过孔雀羽毛如何在同一时间闪耀着如此多的辉煌颜色?与颜料的着色相反,许多材料通过称为“结构着色”的现象来着色,其中形成颜色作为光通过它们的表面上的周期性微观结构的反射而形成的颜色。这些基于结构的替代品可以更充满活力,耐用,环保。

剑桥大学教授Silvia Vignolini说:“‘结构色’是自然界中许多最鲜艳的颜色的来源。”“从大闪蝶的金属翅膀到孔雀的鲜艳羽毛。在这些自然的例子中,强烈的颜色不是通过吸收光产生的,而是通过精确定义的纳米尺度结构的光反射产生的。”

例如,孔雀羽毛含有棕色色素,但由于羽毛表面的微小结构只反射特定波长的光,它们会根据观察者的角度呈现蓝色、绿松石色和绿色。

Vignolini是包括Richard Parker博士在内的一个专家团队的成员,该团队试图利用结构色来克服行业中一些长期存在的挑战。寻找一种可持续的、无毒的替代品来替代目前使用的许多染色技术——许多染料都是有毒的,或者在合成过程中产生有毒废料——是一个长期的目标。

她解释说:“我们报告了一种简单和可扩展的方法来生产新颜料,利用结构颜色的原理,可以作为颜料或被动显示的替代品。”

因此,已经投入了广泛的研究努力,开发所谓的“光子材料”,这会产生由于其自身对光的相互作用而产生的颜色。但是,他们的广泛应用程序仍然存在搭扣。

“虽然能够产生鲜艳颜色的光子材料已经过度研究,”Vignolini说,“它们通常集中在具有远程顺序的纳米结构系统上。”

长程有序是指材料表面纳米结构在微观尺度上超过特定间隔的“有序”。这是一个问题,因为虽然这类材料更容易制作,但它们天生具有彩虹色,这意味着它们会随着视角或光照的变化而逐渐改变颜色,就像肥皂泡或水中的油一样。这使得它们的颜色难以控制。

Vignolini补充说:“为了制造一种非虹彩光子材料,必须确保只有短程关联(在纳米尺度内显示表面排列)。”“然而,由于需要精确控制系统中的无序程度,[这些材料]以可复制和可伸缩的方式制造具有挑战性。”

发表在先进的材料,该团队通过引入一种新的和优雅的方式来解决这一挑战,通过对尺寸的尺寸进行精确控制的新型和优雅的微粒来解决这一挑战。Vignolini强调“采用单一聚合物刷制备着充满活力的颜色调色板,避免复杂合成的需要”。

蓝色,绿色和红色光子颜料水分散体

他们的方法是基于一个单一的、可伸缩的“瓶刷”嵌段共聚物的自组装,以其分子结构命名,类似于瓶刷。Vignolini说:“嵌段共聚物已经被证明可以自组装成一个广泛的建筑和结构库,但是尺寸通常太小,无法产生光子结构。”“通过使用刚性聚合物刷子,我们能够将这样的建筑转换成可以与可见光相互作用的规模。”

开始,这些聚合物溶解在微米尺寸的甲苯中,之后将水可控制地扩散到这些液滴中。“然后,通过聚合物刷子稳定,该聚合物刷子类似于巨型肥皂分子,”Vignolini说。

这是因为瓶子刷聚合物形成胶束 - 球形布置与面向向内的聚合物的“水的”水“部分,以及朝向甲苯的聚合物的非极性或”溶剂的溶剂“部分。结果,它们形成一种聚合物涂层,其稳定溶剂内的水滴。

“随着甲苯的滴加,将类似尺寸的水滴(涂有一层聚合物刷子)紧紧地填充在一起,”她说。“在完全干燥后,水蒸发,以留在多孔颗粒后面,用由聚合物刷制成的薄壁。”

这种技术允许团队在纳米级上构造聚合物。这里至关重要的是形成类似尺寸的孔,具有精确的分离,由于变形液滴而保持一定程度的病症。“这是毛孔之间的短距离顺序的这种组合,[缺少]穿过颗粒的远程顺序,这导致了这种微粒的独特光学性质,”血吞源。

研究人员发现它们甚至可以通过改变引入甲苯泡的水量来调节通过绿色的结构颜色至蓝色。“通过控制引入甲苯下降的水量,我们可以控制水滴的大小,”增加了血栓碱。并用它,所得微粒的孔径。

她继续这个程序不依赖于直接模板组装过程的液滴接口,这提供了高耐受性缺陷,快速制作时间和从微粒的颜色独立性的优点。“此外,一种类型的聚合物刷将导致几种充满活力的颜色,最终避免复杂的合成步骤。

“转化这项技术的最大障碍[进入工业],”Vignolini说,“是聚合物刷的合成,目前依赖于昂贵的催化剂和精确的化学合成。随着对自然环境中的微塑料的担忧继续生长,需要考虑这种光子颜料的降解途径。“

因此,该项目的未来将以“新一代聚合物刷子”的发展为重点,该项目使用生物聚合物作为构建块和利用可扩展的绿色合成途径“。

参考:天恒h .赵通过双亲型瓶装嵌段共聚物的受控胶束形成角度无关的光子颜料,先进材料,DOI: 10.1002/adma.202002681

这篇文章也出现在庆祝先进材料领域的卓越成就:材料科学领域的女性