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四川大學(xué)宋飛教授團(tuán)隊(duì) ACS AMI:一種抗水干擾的乙醇可視化檢測(cè)纖維素光子材料
2022-06-25  來(lái)源:高分子科技

  纖維素納米晶(CNC)擁有來(lái)源豐富、良好生物相容性與降解性、高結(jié)晶度及高楊氏模量等特性,其在一定濃度下可自組裝形成手性向列型液晶結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出獨(dú)特的光學(xué)性能,在防偽、傳感以及裝飾涂料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。



  四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院環(huán)保型高分子材料國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室王玉忠院士團(tuán)隊(duì)宋飛教授一直致力于CNC結(jié)構(gòu)色材料的構(gòu)建和功能化應(yīng)用研究。針對(duì)CNC材料脆性強(qiáng)、柔韌性差等問(wèn)題,該團(tuán)隊(duì)提出了引入帶不同電荷的小分子增塑劑、聚合物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等策略,制備了柔性可折疊且對(duì)多種環(huán)境信號(hào)具有傳感功能(ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 5805-5811; ACS Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 18484-18491)以及仿變色龍皮膚的可拉伸變色CNC復(fù)合膜(ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 46710-46718);針對(duì)CNC材料結(jié)構(gòu)色可見(jiàn)性較弱的問(wèn)題,通過(guò)引入具有吸光性的類(lèi)黑色素分子制備了具有高色度結(jié)構(gòu)色CNC膜,實(shí)現(xiàn)了對(duì)有機(jī)溶劑的定量和選擇性檢測(cè)并利用Hansen溶度參數(shù)計(jì)算方法揭示了相關(guān)機(jī)制Biomacromolecules 2022, 23, 1662-1671;針對(duì)該類(lèi)光子材料的結(jié)構(gòu)色存在強(qiáng)虹彩效應(yīng)而導(dǎo)致視覺(jué)誤差問(wèn)題,利用CNC與陽(yáng)離子聚電解質(zhì)之間的靜電作用調(diào)控CNC的自組裝行為,實(shí)現(xiàn)了組裝體的長(zhǎng)程/短程有序結(jié)構(gòu)向長(zhǎng)程無(wú)序/短程有序結(jié)構(gòu)的可控轉(zhuǎn)變,獲得低角度依賴(lài)非虹彩結(jié)構(gòu)色的CNC膜(Composites Part B. 2022, 209, 109456)。近年來(lái),快速可視化檢測(cè)水溶性化學(xué)物質(zhì)在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境及人體健康等方面具有重要意義。然而,CNC的親水性使得該材料過(guò)于水敏感,在潮濕環(huán)境或水溶液中結(jié)構(gòu)色發(fā)生顯著變化,難以用于水環(huán)境中的目標(biāo)物質(zhì)的可視化檢測(cè)。


  針對(duì)這一問(wèn)題,該研究團(tuán)隊(duì)提出通過(guò)共組裝和表面涂層兩步法制備了具有乙醇響應(yīng)功能的疏水性CNC光子傳感器,其中檸檬酸作為可用于乙醇響應(yīng)CNC共組裝相,聚乙烯醇縮丁醛作為表面涂層賦予CNC/檸檬酸共混膜表面疏水性能。通過(guò)控制涂層厚度,制備的光子傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)乙醇/水混合溶液中乙醇的定量分析,并具有良好的耐水性、靈敏性、使用穩(wěn)定性和可逆性等。該工作提出的兩步修飾策略克服了親水性光子材料受水干擾的局限性,為開(kāi)發(fā)需在水/潮濕環(huán)境中應(yīng)用的新型光子傳感器提供了新思路。 


1. 疏水性CNC-CA-PVB結(jié)構(gòu)色膜的制備


2. 含水環(huán)境下的乙醇濃度檢測(cè)


 3. 乙醇響應(yīng)防偽標(biāo)簽/測(cè)試紙的設(shè)計(jì)與應(yīng)用


  該研究工作以“A Surface Diffusion Barrier Strategy toward Water-Resistant Photonic Materials for Accurate Detection of Ethanol”為題發(fā)表于ACS Appl. Mater. Interfaces。論文第一作者和通訊作者分別為博士研究生汪子力宋飛教授,該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金(重點(diǎn)項(xiàng)目,U21A2096)等項(xiàng)目的資助。


  原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c04995

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