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  仿生Bouligand結(jié)構(gòu)具有變革性的潛力，可在從生物塑料和建筑到航空航天的尖端領(lǐng)域開發(fā)高性能納米復(fù)合材料。盡管自組裝策略衍生的結(jié)構(gòu)具有一定的反應(yīng)性，但所得結(jié)構(gòu)的纖維間界面中受限的平衡穩(wěn)健性和微運(yùn)動限制了延展性。這種限制阻礙了它們在各個領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，例如組織工程、智能可穿戴設(shè)備和程序化制造（圖 1a）。因此，追求一種可以通過納米纖維滑動或氫鍵重建利用具有多級活化界面的纖維組件的系統(tǒng)，對于推進(jìn)結(jié)合多種增韌機(jī)制的仿生Bouligand結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成了一個重大問題。纖維素納米晶體（CNC）自組裝成高度有序的Bouligand結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出手性光子特性，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-功能關(guān)系進(jìn)行調(diào)整。這些納米晶單元通常被限制在幾百納米的尺寸內(nèi)，因此其生物聚合物網(wǎng)絡(luò)基質(zhì)的空間排列可以通過氫鍵進(jìn)行調(diào)節(jié)，為上述問題提供了實(shí)用的解決方案。

圖 1

  近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所卿光焱研究員和武漢紡織大學(xué)張福生博士合作提出了一種自組裝CNC的創(chuàng)新視角，作為開發(fā)具有適應(yīng)性機(jī)械變色響應(yīng)的堅韌和光子 Bouligand CNC水凝膠的結(jié)構(gòu)模型。這種轉(zhuǎn)變是通過重新定向纖維素納米晶體CNC）/聚乙烯醇（PVA）光子基體的手性向列結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，從而產(chǎn)生沿x方向誘導(dǎo)排列的結(jié)構(gòu)和拉伸的膽固醇形式（圖 1b）。相關(guān)研究成果以“Highly robust cellulose photonic hydrogels with reconfigurability and mechanochromism”為題，于近日發(fā)表在Materials Today上。這些水凝膠表現(xiàn)出卓越的機(jī)械性能（超過950%的超高拉伸性和高達(dá)155.5 MJ?m^?3的韌性）。此外，這些光子水凝膠表現(xiàn)出動態(tài)變色能力，在紅色和藍(lán)色之間轉(zhuǎn)變，波長偏移為427nm，并且在受到可逆拉伸時在很寬的范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的電靈敏度（圖2）。重要的是，水凝膠的綜合特性使其能夠集成到微控制器中，以構(gòu)建一個機(jī)械成像平臺，其中光學(xué)和電學(xué)雙信號報告性能可實(shí)現(xiàn)壓力分布的視覺定位（圖3）。這些進(jìn)步預(yù)示著CNC全新的應(yīng)用未來，為不同行業(yè)引入了創(chuàng)新和多功能的解決方案。此外，這種方法為制造堅固的光子水凝膠開辟了一條新途徑，其智能光學(xué)響應(yīng)有望擴(kuò)大仿生光子纖維素材料在醫(yī)療、能源和工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖 2

圖 3

  文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.01.008