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  纖維素納米晶（CNC）是生物質來源一維棒狀納米顆粒，具有自發(fā)組裝成為手性向列相液晶的特性，該手性向列相液晶結構能通過溶劑揮發(fā)形成具有鮮明彩虹色的光子薄膜，在信息防偽、傳感等領域具有廣闊的應用前景。為進一步提升信息讀取的精密度，西南大學軟物質材料化學與功能制造重慶市重點實驗室黃進教授和甘霖副教授團隊提出了基于慢光子效應非線性光學增強理論和基元維度效應的“組裝誘導結構色單色發(fā)光”策略，設計組裝動力學過程的力場調控實現(xiàn)一維單軸組裝以構建去手性陣列結構，提升該類生物基結構色材料在信息加密、多級防偽等領域的應用價值。然而，該CNC去手性陣列結構量子發(fā)光效率較低（13.9%）且缺乏能量耗散相而導致脆性過高、加工性欠佳，難以滿足商用光致發(fā)光材料對于發(fā)光強度以及柔性傳感應用對于材料延展性的需求。

  針對以上問題，西南大學化學化工學院、軟物質材料化學與功能制造重慶市重點實驗室的黃進教授和甘霖副教授團隊提出了剛性纖維素納米晶單軸取向陣列與柔性高分子共組裝的策略，設計了CNC與柔性長鏈聚合物的二元共組裝體系，將CNC與水溶性高分子—聚乙烯醇（PVA）進行共組裝研究，發(fā)展了具有高量子發(fā)光效率和柔性傳感特性的光子柔性傳感膜。該工作沿用溶劑蒸發(fā)誘導的基底與前體溶液液面垂直的單軸定向組裝方法，針對共組裝前體溶液體系進行了過程動力學控制的優(yōu)化，研究了CNC/PVA體系的組成對共組裝膜力學性能與光致發(fā)光性質的影響規(guī)律，揭示了CNC/PVA共組裝膜的量子效率提升和力學響應特性的變化規(guī)律與調控機制。相關工作以題為“Quantum-efficiency enhancement and mechanical responsiveness of solid-state photoluminescent flexible materials containing uniaxial cellulose nanocrystal arrays”發(fā)表于Cellulose期刊（DOI :10.1007/s10570-022-04424-w）。

圖1. 不同含量的CNC/PVA共組裝膜材料在365 nm紫外輻照燈下拉伸前（a和c）及對應拉伸發(fā)生應變后（b和d）觀測的光致發(fā)光照片

  研究表明，通過調整CNC與PVA的體積比可控制CNC組裝的溶劑揮發(fā)動力學過程等關鍵因素并優(yōu)化共組裝膜中CNC單軸取向陣列的去手性程度，顯著提高CNC陣列的發(fā)光量子效率（EQE）最高可達能滿足商用光致發(fā)光量子產(chǎn)率的60.60%。同時，該二元共組裝策略將PVA的柔性優(yōu)勢與CNC的單軸組裝陣列結構有效結合，賦予CNC的單軸取向陣列結構柔韌可拉伸特性，調控兩者的配比能使共組裝膜的拉伸斷裂伸長率達到90%以上。尤其值得關注的是，CNC/PVA共組裝膜在柔性提升的同時還表現(xiàn)出力學響應特性，拉伸PVA/CNC共組裝膜進一步引起EQE增強最高可達63.5%（如圖1所示），且在發(fā)射波長沒有明顯變化的情況下，共組裝膜的激發(fā)波長隨拉伸伸長率的增加而發(fā)生藍移。針對該拉伸刺激響應的機制進行了探究，結果表明EQE的增強和發(fā)射波長的藍移得益于CNC排列的有序度在拉伸過程中的進一步提升和拉伸過程導致的材料整體有效折射率的降低。這種發(fā)光光強和激發(fā)波長的應變響應行為提供了智能應用的潛力，優(yōu)良的力學性能促進了其在信息安全材料、光學傳感器和可穿戴設備等的方向的應用。

  西南大學化學化工學院研究生劉思源和石珍旭為共同第一作者，西南大學化學化工學院、軟物質材料化學與功能制造重慶市重點實驗室黃進教授和甘霖副教授為通訊作者。該成果獲得國家自然科學基金（51603171、51973175）、重慶市高校創(chuàng)新研究群體（CXQT19008）、重慶英才計劃（CQYC201903243、CSTC2021YCJH-BGZXM0307）等多個項目的資助。

  原文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s10570-022-04424-w

  下載：Quantum-efficiency enhancement and mechanical responsiveness of solid-state photoluminescent flexible materials containing uniaxial cellulose nanocrystal arrays