近年來(lái)，隨著(zhù)綠色化學(xué)和納米技術(shù)的興起與發(fā)展，纖維素納米晶 (cellulose nanocrystals，CNCs)，一種通過(guò)酸水解纖維素得到的特殊的納米纖維素，憑借其獨特的自組裝結構和手性光學(xué)性能，引起研究人員廣泛關(guān)注。纖維素納米晶的水分散液，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)誘導自組裝 (evaporation-induced self-assembly, EISA)可以自發(fā)形成手性向列型液晶相，形成固體薄膜，顯示出鮮艷的結構色。當向纖維素納米晶自組裝結構內部引入刺激響應單體，在受到外界刺激時(shí)，可以改變液晶結構的螺距、折射率或取向，從而引起薄膜表面結構色的改變。然而，大多數基于CNCs的刺激響應材料缺乏能量耗散的非晶相組分，質(zhì)地較脆，且刺激響應性能單一，這極大地限制了其在顯示、傳感、光學(xué)器件等領(lǐng)域的應用。

近日，煙臺先進(jìn)材料與綠色制造山東省實(shí)驗室的馮凱等人將纖維素納米晶與聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）以及少量的赤蘚糖醇 (erythritol) 進(jìn)行共組裝后，再進(jìn)行紫外光固化，得到具有鮮艷結構色的復合涂層 (圖1)。PEGDA以及赤蘚糖醇的加入向CNCs涂層中引入了柔性共價(jià)交聯(lián)結構，不僅提高了涂層的機械強度，還賦予了該涂層可逆多重刺激響應性能。該CNCs復合涂層可以通過(guò)表面顏色的變化快速鑒別相似溶劑，包括同分異構體（正丙醇與異丙醇）、同系物（氯仿與二氯甲烷）以及互溶溶劑含量的鑒別，如四氫呋喃與丙酮中含水量的測定，乙醇中少量甲醇的測定（圖2）。同時(shí)，該材料具有濕度響應性能，涂層表面結構色隨著(zhù)外界環(huán)境的濕度變化 (30%RH-98%RH) 發(fā)生改變，透射峰紅移最高可達262 nm，實(shí)現表面顏色從“青-橙-紅-灰”的可逆轉換；基于此，涂層表面還實(shí)現了刺激響應的防偽加密的功能。

圖1. CNCs/PEGDA復合涂層的制備與表征

圖2. CNCs/PEGDA復合涂層用于鑒別相似有機溶劑以及有機溶劑中少量的水

以上成果近期以題為“Cellulose Nanocrystals Chiral Nematic Coating with Reversible Multiple-Stimuli-Responsive Coloration”的文章發(fā)表在A(yíng)CS Sustainable Chemistry & Engineering上，并被選作當期封面論文。煙臺先進(jìn)材料與綠色制造山東省實(shí)驗室的助理研究員馮凱博士為論文的第一作者，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所、煙臺先進(jìn)材料與綠色制造山東省實(shí)驗室的吳楊研究員為本論文的通訊作者，該工作同期也獲得中國發(fā)明專(zhuān)利一項（ZL 202210384454.8）。以上工作得到了山東省自然科學(xué)基金重點(diǎn)專(zhuān)項、國家自然科學(xué)基金以及煙臺中科先進(jìn)材料與綠色化工產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院等項目的支持。

圖3. 當期封面