纤维素纳米晶手性模板的研究进展

纤维素纳米晶(CNC)是由酸水解天然纤维素制得的具有高结晶度的一种纳米材料,CNC通过蒸发诱导自组装(EISA)能形成具有手性向列液晶相的虹彩薄膜。CNC制备工艺简单,具有生物可持续性和固有的手性向列结构,CNC的手性向列结构表现出特有的光学特性,以CNC为手性模板与聚合物或无机材料共组装可制得先进光学材料,在传感器、光电器件和智能显示等领域具有广阔的应用前景。本文介绍了CNC的制备、手性向列结构的形成及其作为模板的研究,简要综述了近年来CNC在制备有序介孔材料、功能纳米复合膜和新型光学材料领域的应用现状。最后,总结了基于目前CNC手性材料制备和应用存在的一些问题,以期为今后手性材料的应用研究提供参考。     

静电自组装制备CdTe量子点纳米薄膜

以巯基丙酸为稳定剂, 在水相中合成了表面带负电荷、具有良好的分散性、平均粒径为5nm的CdTe量子点. 通过CdTe量子点与阳离子聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)和阴离子聚电解质聚苯乙烯磺酸钠(PSS)之间的静电相互作用, 在石英基片表面通过层层静电自组装方法制备了多层CdTe量子点纳米薄膜. 以荧光分光光度计、UV-Vis、XPS、AFM等测试手段对所得的CdTe量子点纳米薄膜进行了表征. 研究结果表明, CdTe量子点自组装多层薄膜的UV-Vis吸光度与组装层数基本呈线性关系, 薄膜成膜质量良好. 自组装薄膜基本上规整并均匀地覆盖在石英基底表面, 但薄膜中存在部分CdTe量子点聚集现象. 通过在相邻的两层CdTe量子点之间引入基本结构单元为PDDA/PSS/PDDA的聚电解质复合层, 可有效提高CdTe量子点纳米薄膜的成膜质量. 所得的CdTe量子点纳米薄膜具有良好的荧光光致发光性.     

聚乙烯醇/纳米纤维素/聚乙烯醇的层层自组装及表征

采用基于氢键驱动力的层层(LBL)自组装技术制备聚乙烯醇(PVA)/纳米纤维素(NCC)/聚乙烯醇复合膜。通过衰减全反射红外(ATR-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析,验证了该复合膜中NCC和PVA的单相分布情况,NCC晶格定向排列状态,以及NCC作为夹层的结构,并提出了机理假设论证了该结构复合膜的形成过程;通过拉伸强度、透光率和热稳定性测量,表明LBL自组装制备的PVA/NCC/PVA复合膜具有高的拉伸强度、高的透光率和较高的热稳定性,其中拉伸强度较PVA膜提高了46.1%,透光率提高了5.44%,热分解温度提高了13.2℃,表明该法制备的PVA/NCC/PVA复合膜是一种良好的功能性薄膜。     

钛酸锶薄膜的液相自组装制备与表征

采用自组装单层膜技术在玻璃基板上成功制备了钛酸锶薄膜,利用接触角仪对前期处理后的基片润湿角进行表征,利用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)等手段表征了薄膜的物相和微观结构。实验结果表明:采用自组装单层膜技术制备的钛酸锶薄膜结晶良好,样品表面均匀,颗粒尺寸大约在300nm～500nm之间。     

层状自组装聚苯胺纳米复合电致变色薄膜的制备与性能

质轻、柔性、多色电致变色材料是柔性电致变色显示技术实用化、进而取代目前阴极射线管和液晶显示技术的关键。主链共轭型本征态导电聚合物聚苯胺因其原料来源广泛、转换电势低、变色范围宽、易于制成柔性薄膜而成为制备全固态柔性电致变色器件的首选材料。基于静电作用的层状自组装技术，能在分子层次上实现诸多材料的复合，并实现结构与性能的调控，因此成为设计组装具有特定性能的聚苯胺纳米复合电致变色薄膜的重要方法。讨论了层状自组装聚苯胺纳米复合电致变色薄膜的制备与性能，认为采用结构与性能可控的纳米结构层状自组装技术制备聚苯胺纳米复合电致变色薄膜是提高其综合性能并最终实用化的重要途径。     

溅射条件对湿敏薄膜特性的影响

本文介绍了RF溅射制备湿度敏感膜技术,讨论了衬底温度、工作气体及压力、放电电压及时间对湿敏膜感湿特性的影响。实验结果表明,只要认真控制上述工艺条件便可以制成感湿特性良好的湿度敏感膜。     

溶胶—凝胶法制备薄膜湿敏元件的研究

用溶胶－凝胶法制备了Ｒ２Ｏ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２系（Ｒ＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）薄膜湿敏元件，研究了它们的感湿特性，对薄膜的结构、导电机理进行了讨论，获得的湿敏元件具有响应快、滞后小和灵敏度等优点。     

仿珍珠层自组装制备有机/无机纳米复合薄膜

模仿珍珠层结构, 采用蒸发诱导自组装的方法, 在石英片表面制备了聚三缩丙二醇双丙烯酸酯( PTPG-DA) / SiO₂ 纳米复合薄膜, 采用FT-IR、XRD 和TEM 等分析技术对薄膜结构进行了表征, 测试了其摩擦力学行为, 并初步讨论了纳米复合薄膜的形成机理。结果表明, 所制备的薄膜具有有机/ 无机有序交替的层状纳米复合结构, 其聚合前的层间距为2. 65 nm , 聚合后的层间距为2. 35 nm。聚合后的纳米复合薄膜具有较好的减摩性能。      

自组装法制备中空二氧化硅纳米粒子减反射薄膜

以正硅酸乙酯(TEOS)为壳层材料, 聚丙烯酸(PAA)为核材料, 以传统的Stöber水解法为基础制备得到结构规整的中空二氧化硅纳米粒子, 并采用自组装法制备单层减反射薄膜和宽波段双层减反射薄膜。主要研究中空二氧化硅纳米粒子的结构调控方法; 自组装次数和中空二氧化硅纳米粒子分散液的pH值对减反射薄膜透光率的影响规律, 以及具有渐变折射率的双层减反射薄膜的制备。研究结果表明: 通过调节PAA和TEOS的用量可精确调控中空二氧化硅纳米粒子的粒径和空腔体积分率, 进而可精确调控减反射薄膜的厚度和折射率; 通过酸洗工艺, 将自组装次数由10次减少为2次, 简化了涂膜的工艺条件, 在最佳工艺条件下所制备的单层减反射薄膜在350~800 nm波长范围内可显著提高玻璃的透光率, 在最佳波长(λ=520 nm)处将玻璃的透光率由91.6%提高至98.1%; 双层减反射薄膜可在更宽的波段范围内提高基材的透光率, 在400~1500 nm波长范围内将玻璃的透光率提高了5%以上。     

金纳米粒子的制备及自组装

金纳米粒子以它独特的光学、电学和催化性质以及在纳米级电子线路中的应用潜力,受到人们越来越多的关注.本文主要评述了金纳米粒子的合成方法和自组装技术,即对各种制备方法和自组装的特点、纳米粒子的生长机理和自组装机理进行了介绍.展望了金纳米材料未来的研究方向和发展趋势.     

纤维素纳米晶手性向列液晶在颜色防伪中的应用

目的介绍纤维素纳米晶(Cellulose Nanocrystal,CNC)手性向列液晶的形成原理与特征,以及该结构的调控方法,包括螺距和折射率的调控,最后总结纤维素纳米晶及其衍生材料在颜色防伪中的应用。方法归纳CNC手性向列液晶的形成机理方法,如硫酸水解结合蒸发诱导自主装法以及以CNC为手性模板与其他溶液共混制备法。最后总结国内外CNC手性向列液晶在颜色防伪中的研究现状,并简要讨论纤维素纳米晶在颜色防伪的未来发展趋势。结论纤维素纳米晶,具有绿色环保、来源丰富、合成工艺简单等特点,在一定条件下能形成手性向列液晶结构,具有独特的光学性质并呈现出结构色,可应用于颜色防伪。     

Multi-Responsive Supercapacitors from Chiral Nematic Cellulose Nanocrystal-Based Activated Carbon Aerogels

The development of long-lived electrochemical energy storage systems based on renewable materials is integral for the transition toward a more sustainable society. Supercapacitors have garnered considerable interest given their impressive cycling performance, low cost, and safety. Here, the first example of a chiral nematic activated carbon aerogel is shown. Specifically, supercapacitor materials are developed based on cellulose, a non-toxic and biodegradable material. The chiral nematic structure of cellulose nanocrystals (CNCs) is harnessed to obtain free-standing hierarchically ordered activated carbon aerogels. To impart multifunctionality, iron- and cobalt-oxide nanoparticles are incorporated within the CNC matrix. The hierarchical structure remains intact even at nanoparticle concentrations of ≈70 wt%. The aerogels are highly porous, with specific surface areas up to 820 m² g⁻¹. A maximum magnetization of 17.8 ± 0.1 emu g⁻¹ with superparamagnetic behavior is obtained, providing a base for actuator applications. These materials are employed as symmetric supercapacitors; owing to the concomitant effect of the hierarchically arranged carbon skeleton and KOH activation, a maximum C_p of 294 F g⁻¹ with a capacitance retention of 93% after 2500 cycles at 50 mV s⁻¹ is achieved. The multifunctionality of the composite aerogels opens new possibilities for the use of biomass-derived materials in energy storage and sensing applications.     

纳米纤维素/壳聚糖复合膜的制备和性能

目的获得力学性能和阻隔性能优异的食品包装用壳聚糖膜。方法通过超声法由糠醛渣纤维素制备纳米纤维素(NCC),将其与壳聚糖(CS)共混流延制备纳米纤维素/壳聚糖复合膜(NCC-CS)。结果复合膜中NCC质量分数为5%时,NCC-CS的拉伸强度比纯CS膜提高了30%,NCC-CS的透湿量比纯CS膜降低了24%。SEM分析结果表明NCC-CS复合膜微观结构致密。FT-IR和XRD的分析结果表明CS与NCC间存在着较强的相互作用。结论 NCC的加入对CS膜的力学性能和阻隔性能的提高有促进作用。     

Flexible and Responsive Chiral Nematic Cellulose Nanocrystal/Poly(ethylene glycol) Composite Films with Uniform and Tunable Structural Color

The fabrication of responsive photonic structures from cellulose nanocrystals (CNCs) that can operate in the entire visible spectrum is challenging due to the requirements of precise periodic modulation of the pitch size of the self‐assembled multilayer structures at the length scale within the wavelength of the visible light. The surface charge density of CNCs is an important factor in controlling the pitch size of the chiral nematic structure of the dried solid CNC films. The assembly of poly(ethylene glycol) (PEG) together with CNCs into smaller chiral nematic domains results in solid films with uniform helical structure upon slow drying. Large, flexible, and flat photonic composite films with uniform structure colors from blue to red are prepared by changing the composition of CNCs and PEG. The CNC/PEG(80/20) composite film demonstrates a reversible and smooth structural color change between green and transparent in response to an increase and decrease of relative humidity between 50% and 100% owing to the reversible swelling and dehydration of the chiral nematic structure. The composite also shows excellent mechanical and thermal properties, complementing the multifunctional property profile.     

Visual Appearance of Chiral Nematic Cellulose‐Based Photonic Films: Angular and Polarization Independent Color Response with a Twist

Hydroxypropyl cellulose (HPC) is a biocompatible cellulose derivative capable of self‐assembling into a lyotropic chiral nematic phase in aqueous solution. This liquid crystalline phase reflects right‐handed circular polarized light of a specific color as a function of the HPC weight fraction. Here, it is demonstrated that, by introducing a crosslinking agent, it is possible to drastically alter the visual appearance of the HPC mesophase in terms of the reflected color, the scattering distribution, and the polarization response, resulting in an exceptional matte appearance in solid‐state films. By exploiting the interplay between order and disorder, a robust and simple methodology toward the preparation of polarization and angular independent color is developed, which constitutes an important step toward the development of real‐world photonic colorants.     

Uncovering the Circular Polarization Potential of Chiral Photonic Cellulose Films for Photonic Applications

Circularly polarized light (CPL) is central to photonic technologies. A key challenge lies in developing a general route for generation of CPL with tailored chiroptical activity using low‐cost raw materials suitable for scale‐up. This study presents that cellulose films with photonic bandgaps (PBG) and left‐handed helical sense have an intrinsic ability for circular polarization leading to PBG‐based CPL with extraordinary | g | values, well‐defiend handedness, and tailorable wavelength by the PBG change. Using such cellulose films, incident light ranging from near‐UV to near‐IR can be transformed to passive L‐CPL and R‐CPL with viewing‐side‐dependent handedness and | g | values up to 0.87, and spontaneous emission transformed to R‐CPL emission with | g | values up to 0.68. Unprecedented evidence is presented with theoretical underpinning that the PBG effect can stimulate the R‐CPL emission. The potential of cellulose‐based CPL films for polarization‐based encryption is illustrated. The evaporation‐induced self‐assembly coupled with nanoscale mesogens of cellulose nanocrystals opens new venues for technological advances and enables a versatile strategy for rational design and scalable manufacturing of organic and inorganic CPL films for photonic applications.     

电致变色纳米氧化镍薄膜的溶胶-凝胶法制备与表征

以无水氯化镍、乙醇为前驱液,加入适量的丁醇和柠檬酸为稳定剂,通过回流、水解得到稳定的溶胶;采用浸渍-提拉的方法在ITO导电玻璃上形成均匀的膜层;分析了溶胶制备中加水量的影响;研究了热处理温度对制备膜层的结构、光透过率的影响;对经过不同处理的膜层进行X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、热重分析等研究表明:在空气中加热到350℃、保温30min薄膜分解为稳定的具有立方结构的NiO纳米晶;以氢氧化钾水溶液为电解质的循环伏安、电致变色实验结果表明制备的纳米氧化镍薄膜具有良好的电致变色特性.     

海藻酸钠-纳米纤维素共混膜的制备及性能

将纳米纤维素(NCC)添加到海藻酸钠(Alg)中共混流延制备海藻酸钠-纳米纤维素共混膜(Alg-NCC)。结果表明:NCC添加量为8%的共混膜具有最优的综合性能。相比纯Alg膜,Alg-NCC(8%)的拉伸强度提高了47.9%,断裂伸长率降低了50%,透湿量降低了22.5%,透氧量降低了10%。红外光谱分析结果表明Alg与NCC两者间存在着较强烈的分子间相互作用,X射线衍射分析结果表明NCC的加入改变了Alg的结晶排列。海藻酸钠-纳米纤维素共混膜显示出良好的力学、阻湿、阻氧和热稳定性能。     

纳米金刚石薄膜的制备特点及特性

纳米金刚石薄膜具有金刚石薄膜和纳米材料的双重优异特性，而在制备工艺上又与金刚石薄膜有所不同，通过与金刚石作比较，综述了纳米金刚石薄膜的制备特点，表征方法；并列举了其在场发射、耐磨减摩等领域的应用和其独特性能。     

纤维素纳米晶结构色薄膜的制备及其性能研究

目的 研究3种不同原材料(桉木漂白硫酸盐浆、长绒棉和短绒棉)制备纤维素纳米晶体(Cellulose Nanocrystals, CNC)薄膜的适合工艺条件及其性能变化规律,为CNC结构色防伪薄膜的研究提供参考。方法 3种不同原材料在各自合适的水解条件下,通过硫酸水解制备CNC悬浮液,测定其粒径及Zeta电位、CNC颗粒的微观形貌。采用蒸发干燥自组装法形成CNC薄膜,测定薄膜的化学结构及晶型、微观结构、力学性能、偏光性能和最大反射波长。结果 3种不同原材料制备的CNC悬浮液稳定性均较好,均保留了纤维素特有的官能团和天然Iβ晶型。随着酸水解时间的增加,CNC粒径均逐渐减小,长径比均为15左右;桉木漂白硫酸盐浆制备的CNC的结晶度低于短绒棉、长绒棉所制的CNC,其制备的CNC薄膜的柔韧性和抗拉强度优于短绒棉、长绒棉所制的薄膜。3种原材料所制CNC薄膜截面均具有胆甾相液晶层状结构,在偏光显微镜下薄膜均具有双折射效应;酸水解时间的增加使得CNC薄膜的螺距逐渐减小,最大反射波长也逐渐减小,薄膜的颜色均发生蓝移;与短绒棉、长绒棉制备的CNC薄膜相比,桉木漂白硫酸盐浆制备的CNC薄膜双折射特性较弱。结论 原材料类型和水解时间对制备的CNC的粒径、结晶度、双折射等特性均产生影响。随着水解时间的增加,CNC薄膜螺距逐渐减小,可在一定范围内调控纤维素纳米晶薄膜的反射波长,从而达到了调节纤维素纳米晶薄膜结构色的目的。纤维素纳米晶材料后期有望应用于防伪包装领域。