基于液态光子晶体固定化的柔性结构生色膜制备及其性能

针对光子晶体材料结构稳定性较差的问题,以光固化型单体取代常规组装介质水制备液态光子晶体,通过紫外光聚合固化构建纳米微球嵌入弹性体式的非密堆积阵列光子晶体,制备结构稳定的柔性光子晶体结构生色膜,并对其结构和性能进行分析。结果表明:液态光子晶体的光学性质可通过胶体体系中SiO₂纳米微球的体积分数及其粒径进行调控,随SiO₂体积分数由22%增大至40%,其微球间的平均间距逐渐减小,液态光子晶体结构色蓝移;固定SiO₂微球体积分数,当其粒径由123 nm增加至178 nm时,液态光子晶体结构色红移;液态光子晶体色彩鲜艳、饱和度高,经紫外光辐照后,所构建的固态光子晶体膜具有明显的虹彩效应和优异的柔韧性,并表现出显著的力致变色性能,展示了其在智能可穿戴纺织材料领域良好的应用潜能。     

针织物表面结构色的构建

为减轻印染行业带来的环境问题,将生色效果良好的光子晶体结构色运用于针织物表面。首先制备大小均匀、粒径可控的二氧化硅(SiO₂)纳米颗粒,然后通过重力沉降法将颗粒自组装到不同的针织物表面获得结构色。探讨了SiO₂颗粒粒径、自组装温度、织物组织结构对针织物表面结构色显色效果的影响。结果表明:不同粒径的SiO₂纳米颗粒在针织物上产生了不同的结构色,结构色的反射波峰的波长由SiO₂的粒径决定,且符合布拉格衍射定律;在其他实验条件相同的情况下,较低温度的自组装所得到的结构色显色效果较好,较光滑的纬平针织物的显色效果要更优。     

可用于纸基材料书写印刷的SiO2光子晶体自组装性能

本研究采用双基片垂直自组装法和旋涂法制备硅基光子晶体,研究了粒径分布及高温热处理对光子晶体结构色的影响,表征了双尺寸和夹心结构光子晶体的微观形貌和光学特性等性能。结果表明,高温热处理有助于增强光子晶体结构色的鲜艳度,且光子晶体在载玻片上的附着强度增加。随着SiO₂微球粒径的增大,光子禁带的中心波长位置逐渐向长波段移动。对于单分散SiO₂微球,粒径越均一,自组装的光子晶体结构色越鲜艳。与双尺寸晶体相比,均一粒径晶体的自组装有序性更好;L-S-L结构比S-L-S结构的光子晶体排列更加平整有序。高浓度的SiO₂微球乙醇分散液书写在黑色纸基材料上,可以呈现出色彩鲜明和饱和度较高的颜色。     

纳米二氧化硅改性藻多糖与壳聚糖复合膜的性能研究

为开发具有良好性能的藻多糖-壳聚糖复合膜（PSP/CH-film）,本研究将纳米SiO₂与PSP/CH-film进一步复合,制备成纳米SiO₂改性藻多糖-壳聚糖复合膜（SiO₂/PSP/CH-film）,研究不同质量含量和不同粒子直径的纳米SiO₂对SiO₂/PSP/CH-film的结构、物理性能、机械性能、抑菌性和生物降解能力的影响。结果表明:纳米SiO₂、壳聚糖及藻多糖有很好的相容性,SiO₂/PSP/CH-film表面光滑平整。添加质量含量为0.05%~0.15%,粒径为30 nm的纳米SiO₂可以改善SiO₂/PSP/CH-film的抗拉强度和抑菌性,增大了膜厚度、溶胀度及不透明度,但延缓了其生物降解性,降低了断裂伸长率。当纳米SiO₂质量含量为0.1%,粒径尺寸为30 nm时, SiO₂/PSP/CH-film展现出优良的抑菌性和抗拉强度,对延长食品货架期和提高膜的耐用性有良好效果。当纳米SiO₂质量含量一定,添加粒径为500 nm的纳米SiO₂时,仅有断裂伸长率随着粒径的增大而增高。可见,纳米SiO₂作为良好的改性材料能够很好地分散在藻多糖复合膜共混体系中,增强其网状结构,提高复合膜的综合性能。     

具有低角度依赖性的全可见光谱结构色薄膜的制备

为解决传统染料高污染、高能耗等问题,实现无污染的全可见光谱结构色的制备,采用基于St?ber法的溶剂调控法合成了3种不同粒径(320、240和200 nm)的SiO2纳米颗粒(SNPs),3种粒径的SNPs分别制备出了红色、绿色和紫色SiO2光子晶体(PC)薄膜,然后通过改变2种粒径SNPs的质量比制备了能够覆盖全可见...     

辐射降温纳米纤维医用防护服面料及传感系统集成

针对传统医用防护服的穿着舒适性差、功能单一等问题,采用静电纺丝法制备了具有辐射降温功能的二氧化硅/聚偏氟乙烯(SiO₂/PVDF)纳米纤维,采用热压法将SiO₂/PVDF纳米纤维与非织造布制成新型防护服面料(SiO₂/PVDF-NWF)。测试了SiO₂/PVDF纳米纤维的结构和红外光透过率,以及新型防护服面料的穿着舒适性、防护性、辐射降温性能。结果表明:在质量分数为15%的PVDF纺丝液中,当SiO₂粒径为2 μm,SiO₂与PVDF的质量比为0.15时,SiO₂/PVDF纳米纤维的红外光透过率最好;将传统防护服上的部分面料替换为SiO₂/PVDF-NWF,测试人员穿着时的服内温度比传统防护服低2 ℃,相对湿度下降5%。此外,在辐射降温防护服面料上集成了血氧、温湿度和定位传感器,构筑了多功能防护系统,其在医疗应急方面具有广阔的应用前景。     

一氯均三嗪活性染料/纳米微球复合型结构色墨水的制备及应用

以一氯均三嗪活性染料和聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)(P(St-MAA))纳米微球制备活性染料/纳米微球复合型墨水,喷印在真丝织物上构建光子晶体生色结构。应用扫描电子显微镜、紫外-可见近红外光光度计、3D视频显微镜和旋转流变仪研究复合型墨水中P(St-MAA)纳米微球浓度、活性染料浓度、墨水表面张力和黏度对真丝织物上光子晶体结构及其生色效果的影响。研究结果表明:调节P(St-MAA)微球质量分数为15. 0%,一氯均三嗪活性染料墨水体积分数为5. 0%,控制墨水表面张力介于53～65 mN/m,黏度不超过3. 70 mPa·s时,复合型墨水可以在真丝织物喷印构建颜色鲜艳的光子晶体结构色图案。     

醋酸纤维素水性高分子/SiO2纳米复合皮革涂饰剂的制备

以A50为亲水剂,通过转换反应位点和反应官能团,调节分子链软硬段比例,引入纳米SiO₂提升乳液涂膜综合性能,制备WSCDA/SiO₂纳米复合乳液。结果表明,亲水剂A50用量为10.8%(质量分数),复合乳液及涂膜性能最优。最优条件下合成的复合乳液的平均粒径为109.5 nm,粒径分布均匀,涂膜表面致密光滑,柔韧性、附着力、耐水性、耐黄变性、机械性能和热稳定性良好。WSCDA/SiO₂纳米复合乳液成膜时,在涂膜表面形成许多小“乳突”,产生荷叶效应,提高涂膜耐水、耐介质及耐黄变等性能。     

纳米SiO2对玄武岩纤维的表面改性

为提升玄武岩纤维与基体的界面相容性,采用偶联剂KH550改性后的纳米SiO₂对玄武岩纤维表面进行粗糙化改性处理。分析了改性前后玄武岩纤维的表面形貌和化学结构,研究了纳米SiO₂质量分数对玄武岩纤维力学性能、摩擦因数、吸湿性能的影响。结果表明:经纳米SiO₂改性后,玄武岩纤维表面的粗糙度和比表面积增大,摩擦性能和吸湿性能显著增加,在纳米SiO₂质量分数为5%时,玄武岩纤维摩擦因数由0.255提升至0.280,透湿率也提高至0.65%;与未改性的玄武岩纤维相比,改性后的玄武岩纤维表面出现了C—H键,且Si—O—Si键对应的振动峰强度变强,提高了纤维表面的极性;改性后玄武岩纤维的拉伸力学性能有一定提高,随着纳米SiO₂质量分数的增加,玄武岩纤维的力学性能先上升后下降,当纳米SiO₂质量分数为3% 时,其拉伸断裂强度最高可达40 cN/tex。     

纳米二氧化硅改性黄麻非织造布的拒水性能

为赋予黄麻纤维较好的拒水性能,采用正硅酸乙酯(TEOS)为反应前驱体,通过溶胶凝胶法在黄麻非织造布表面附着纳米SiO₂颗粒,再以5%十八烷基三氯硅烷(OTS)的正己烷溶液进行疏水改性。研究了TEOS、无水乙醇、浓氨水和去离子水的浓度以及反应温度和时间对制备的纳米SiO₂颗粒粒径大小的影响,分析纳米SiO₂颗粒在黄麻非织造布表面的附着情况。结果表明：TEOS、无水乙醇用量和反应时间的增加使SiO₂粒径增大,反应温度升高使SiO₂颗粒粒径减小。去离子水、氨水用量的增加都会影响SiO₂颗粒粒径,使其呈现先增加后减小的趋势。经试验优化,TEOS、无水乙醇、浓氨水、去离子水用量分别为13.5、225、9、90 mL,反应时间为6 h,反应温度为20℃时,纳米SiO₂颗粒粒径均值为260 nm。SiO₂颗粒在纤维表面分布均匀,接触角从未改性前的85.1°提高至129.9°,黄麻非织造布具备了拒水性能。     

分散染料/P(St-BA-MAA)复合微球结构生色墨水的制备及应用

以黑色分散染料/聚(苯乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸)[P(St-BA-MAA)]复合微球分散液为主体配制结构生色墨水,再利用数码喷印方式直接施加于白色纺织品上,经自组装构筑光子晶体生色结构。优化墨水中复合微球的质量分数,调控墨水的表面张力和pH,并表征喷印自组装所得光子晶体的生色效果。结果表明:当分散染料/P(St-BA-MAA)复合微球质量分数为2.5%~2.7%,表面张力调节剂异丙醇质量分数为0.1%~0.2%,pH=5~9时,可制备得到适宜结构的生色墨水;经数码喷印得到的光子晶体生色结构图案色彩鲜艳明亮且虹彩明显,在同一观察角度下,随喷印墨水中微球粒径的增大,结构色遵循红移规律。     

基于光子晶体结构生色纤维的研究进展

为制备色彩饱和度高、不易褪色且制备过程环境友好的多彩纤维,研究人员开发了多种相关的技术,其中光子晶体形成的结构色纤维具有优良的特性。因此对近年来国内外关于光子晶体结构色纤维的研究进行了回顾,综述了组成结构色纤维的多维光子晶体的生色原理,重点总结了光子晶体结构色纤维的主要制备方法,包括传统纤维外部着色法、模板法组装和不同纺丝技术形成结构色纤维。大量的研究表明,光子晶体作为结构生色技术的基础材料,促进了光子晶体结构色纤维研究的蓬勃发展。此外,综述了多功能结构色纤维在穿戴、检测、传感等领域的研究和应用进展,分析了光子晶体纤维设计和应用的瓶颈问题,并对其未来发展趋势进行了展望。光子晶体纤维的机械性能、优异的色彩饱和度等光学性能和尺寸均匀性使其在可穿戴、传感、生物检测、环境响应等领域具有很好的应用前景。     

织物织造参数及表面疏水性对光子晶体结构色的影响

以单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)(P(St-MAA))微球为结构基元,采用重力沉降自组装法在涤纶织物上构建光子晶体结构色薄膜,探究织物织造参数及表面疏水性能对光子晶体结构色效果的影响,并分析结构色的调控方式。通过场发射扫描电镜、视频显微镜和紫外-可见分光光度仪观测光子晶体的排列状况、结构色均匀性和鲜艳性、结构色反射率曲线。结果表明:在相同织造参数条件下,当织物组织为平纹时,质量分数为2%的微球组装液即可获得结构色鲜明的光子晶体;同为平纹组织的条件下,织物越致密则越有利于得到结构色亮丽的光子晶体。随织物疏水性增强,微球组装液在表面越难铺展和渗透,所得光子晶体薄膜的裂纹越发明显,结构色亮度愈加下降。在保持其他参数不变的情况下,通过调控结构基元的粒径和观察角度可以对结构色的色相进行调控,当基元粒径减小或观察角增大时,结构色会发生蓝移现象。本研究为纺织基材上构建明亮、均匀的结构色提供了参考。     

结构生色及其染整应用前景(一)

结构生色,又称物理生色,具有高饱和度、高亮度、永不褪色的独特性能.通过阐述结构色的原理、自然界中存在的结构色生物材料、人工制备结构色的方法、光子晶体的发展、制备方法和主要性质,以及结构色的发展和研究方向,提出了通过结构生色来代替染料染色的设想,给出了目前出现的几种结构色在纺织产业中相对初级的实际应用(如涂层织物、液晶织物、日本帝人公司开发的Morphotex等),指出目前阻碍结构色在实际应用的困难和问题.     

光子晶体在织物表面的色泽呈现

为探究结构色在织物显色方面的可行性以及织物组织结构对光子晶体结构色显色效果方面的影响,选用不同织物组织结构的黑色涤纶织物为基材,采用经典的Stöber 法制备高圆整度、单分散、粒径为150 ～300 nm 的Sio2微球,通过垂直沉积自组装法将微球组装在涤纶织物上得到显色效果较佳的光子晶体结构色。使用Lambda-35 紫外可见分光光度计进一步验证不同织物组织结构上光子晶体结构色的显色差异。结果表明：在相同自组装工艺条件下,织物组织结构不同造成的反射光强度差异将会影响光子晶体结构色的呈现;相比于平纹织物表面的结构色,缎纹织物的结构色亮度相对较暗。     

非晶光子晶体结构色织物的制备及其数值模拟

为深入研究非晶光子晶体结构,实现对结构色的有效调控,将经快速氧化制备的壳核结构聚苯乙烯/聚多巴胺(PS/PDA)微球在棉织物上构建三维非晶光子晶体结构,采用Rsoft软件建立数值模型对其光学性质进行计算。探究晶体微球粒径、光线入射角度对光子晶体反射率的影响,并通过CIE标准色度系统得到色品坐标,在CIE色度图中直观地反映光子晶体结构色变化。研究表明:计算结果与实验测试结果较为吻合,粒径为 195、222、267、287 nm的PS/PDA纳米微球构建的非晶光子晶体结构,依次对应蓝色、绿色、黄绿色和红色,且随着入射角的不同,结构色不会发生改变。通过数值模拟计算,可控制纳米微球粒径、调节非晶光子晶体的光子赝带隙,从而对产生的结构色进行有效调控。     

非对称润湿特性纺织基材上高稳固光子晶体的构筑

为提升纺织基材上光子晶体结构色的耐久性,从印花色浆性能和基材润湿性2个角度切入,以具有自交联特性的聚(苯乙烯–N–羟甲基丙烯酰胺)(P(St-NMA))胶体微球为主要成分制备印花色浆,采用丝网印花法在具有非对称润湿特性的纺织基材上构筑光子晶体生色结构,并测试制备所得光子晶体在纺织基材上的稳固性。结果表明:当印花色浆中微球质量分数为80％、自交联促进剂盐酸质量分数为5％10％时,有助于得到结构色鲜艳且结构稳固的光子晶体;采用等离子体技术可实现纺织基材的非对称润湿特性,当处理时间为3 min时,可得到正、反面接触角为56°和110°的纺织基材,且在此基材正面构筑得到的光子晶体能够兼顾结构色效果和结构稳固性。     

结构生色及其在纺织领域的应用

光与微观结构相互作用产生的颜色被称为结构色。结构色具有高亮度、高饱和度、永不褪色等诸多优点,在纺织领域有很大的发展前景。从薄膜干涉、衍射、散射和光子晶体等不同途径介绍了结构色产生的原理,以及纺织领域用结构色的制备技术和特点,指出目前所制备的结构色存在的角度依赖性、不稳定性、牢度评价和颜色重现性等制约了结构色在纺织领域的应用,但是通过努力,并且伴随着这些问题的逐渐解决,结构色终将会给纺织染整行业带来全新的变化。     

光子晶体结构生色碳纤维/涤纶混纺纱线的制备及其性能

针对碳纤维难着色的问题,提出利用结构生色实现碳纤维/涤纶混纺纱线的着色。以聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)胶体微球为结构基元,利用浸渍提拉法在碳纤维/涤纶混纺纱线上构筑光子晶体生色结构。分析组装液质量分数和自组装温度对结构色的影响,探究胶体微球在纱线表面组装成光子晶体的过程,利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)封装技术提升结构生色纱线的色彩耐久性。结果表明：当组装液质量分数为70%、自组装温度为40℃时,可以在纱线表面构筑得到结构色明亮的光子晶体;胶体微球在纱线表面的组装过程归纳为预备阶段、堆砌聚集和完备阶段;经PDMS封装后的结构生色纱线经历水洗摩擦后依旧保持原有的色彩鲜艳度。该研究可为实现彩色碳纤维制品的现代化生产和应用提供新的策略。