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天津大學(xué)宋東坡教授課題組 Adv. Mater.: 無(wú)視角依賴、高飽和度植物油基高分子結(jié)構(gòu)色顏料
2025-03-06  來(lái)源：高分子科技

  傳統(tǒng)高分子自組裝納米結(jié)構(gòu)中，組裝基元通常形成各向異性的排列方式，結(jié)構(gòu)色視角問題嚴(yán)重。結(jié)構(gòu)缺陷會(huì)導(dǎo)致無(wú)序光散射強(qiáng)，結(jié)構(gòu)色純度和飽和度低，嚴(yán)重限制了此類材料的應(yīng)用前景。制備無(wú)視角依賴、高純度和高飽和度的結(jié)構(gòu)色材料一直是領(lǐng)域內(nèi)的核心挑戰(zhàn)。


  近日，天津大學(xué)宋東坡教授課題組與中國(guó)石油石油化工研究院技術(shù)專家張坤玉博士等人合作，利用兩親性可降解瓶刷嵌段共聚物作為巨型表面活性劑，克服了傳統(tǒng)乳液熟化、聚并等失穩(wěn)難題，實(shí)現(xiàn)了植物油和水的復(fù)雜乳液可控自組裝，構(gòu)筑了新型多室核殼光學(xué)玻璃結(jié)構(gòu)(見圖1)，獲得了無(wú)視角依賴、高飽和度的紅綠藍(lán)三原色光子顏料。


圖1. 非虹彩、高飽和度植物油基高分子結(jié)構(gòu)色顏料


  如圖1所示，在結(jié)構(gòu)色顆粒內(nèi)部形成了短程有序排列的納米水滴陣列和均勻分散的微米級(jí)油滴作為多室結(jié)構(gòu)，其中納米水滴通過兩親性瓶刷嵌段共聚物來(lái)穩(wěn)定，而植物油滴則通過納米水滴穩(wěn)定。短程有序的液滴陣列產(chǎn)生無(wú)視角依賴的結(jié)構(gòu)色，而即使當(dāng)油含量升高至80 wt%時(shí)，結(jié)構(gòu)色依然得以保持。如圖2a所示，為了進(jìn)一提高結(jié)構(gòu)色的純度和飽和度，該團(tuán)隊(duì)構(gòu)筑了三種不同的光學(xué)結(jié)構(gòu)，研究結(jié)果表明在結(jié)構(gòu)色顆粒外面構(gòu)筑一層聚多巴胺能高效的吸收顆粒間的無(wú)序散射(Incoherent Scattering)和形狀因子散射(Form Factor Scattering)，將紅色的純度提高了近5倍以上，進(jìn)而獲得了高純度和高飽和度的紅綠藍(lán)結(jié)構(gòu)色顏料。


圖2新型結(jié)構(gòu)顯著改善結(jié)構(gòu)色純度和飽和度


  傳統(tǒng)色素可通過紅黃藍(lán)三原色調(diào)配出任意顏色，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步展示了通過不同比例混合紅綠藍(lán)三原色顏料，成功調(diào)配出豐富多樣的混合結(jié)構(gòu)色，這些樣品均表現(xiàn)出高飽和度，色度甚至超出了sRGB標(biāo)準(zhǔn)色域(見圖3)。例如：通過不同的RGB混合繪制了孔雀圖(圖1)和福字的圖案(圖3)，調(diào)配出超過10種不同的混合色，為結(jié)構(gòu)色顏料的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。


圖3使用高純度RGB結(jié)構(gòu)色顏料的豐富色彩調(diào)控


  此類植物油基的結(jié)構(gòu)色顏料制備簡(jiǎn)單，易于規(guī)；糯蟆４送，結(jié)合該團(tuán)隊(duì)近期報(bào)道的瓶刷嵌段共聚物連續(xù)流公斤級(jí)合成技術(shù)(Song et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202421315)，為結(jié)構(gòu)色顏料的大規(guī)模制備提供了可行方案，進(jìn)而加速其邁向產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。這些安全環(huán)保結(jié)構(gòu)色顏料有望廣泛替代有毒色素，廣泛用于化妝品、日化品、涂料、環(huán)保油墨等場(chǎng)景。隨著全球?qū)o(wú)污染、高性能顏料需求的不斷增長(zhǎng)，這種基于結(jié)構(gòu)色的可降解光子顏料有望成為傳統(tǒng)化學(xué)顏料的環(huán)保替代品，助力相關(guān)行業(yè)向綠色可持續(xù)方向邁進(jìn)。 

 

  碩士研究生張雨霞是該論文的第一作者，宋東坡教授為通訊作者。該項(xiàng)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金（No. 52273214）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（No.2024YFF1206200）和中國(guó)石油天然氣股份有限公司的資助。


  論文信息：Bio-Based Multicompartment Photonic Pigments: Unlocking Non-Iridescent Pure RGB Structural Colors for Versatile Chromatic Engineering

  Yu-Xia Zhang, Yiran Wang, Kunyu Zhang, Dezhi Liu, Rida Fatima, Yuesheng Li, Dong-Po Song*

  Advanced Materials 2025, 2501303. DOI: 10.1002/adma.202501303 

  論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202501303

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（責(zé)任編輯：xu）
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