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聚合物刷“伸伸懒腰”产生颜色连续可调的结构色

结构色颜料具有持久绚丽的色彩、金属光泽和智能响应性等特征,安全性高、环境友好且易规模化制备的结构色颜料有望替代传统颜料或染料,为减少环境污染、实现可持续发展提供了一种重要的先进材料。自组装是一种低成本制备结构色材料的高效方法,为获得不同颜色传统方法主要依赖于改变组装基元尺寸,这需要进行繁琐耗时的化学合成,且颜色难以连续精准调节,这在很大程度上阻碍了此类材料的规模化应用。


近日,天津大学宋东坡点击查看介绍课题组提出了一种通过调控聚合物链构象调节结构色的全新理念,只需单一原料即可制备出颜色连续可调的光子颜料,制备过程简便、快捷、易于规模化生产。

该课题组设计了一种两亲性嵌段聚合物刷,在其中亲水嵌段接枝了具有氧化响应性的二茂铁基团,在双氧水的氧化下能转变为离子基团,从而实现了其由疏水向亲水特性的转变。将上述聚合物溶于甲苯中制成透明溶液,随后制成水包油W/O乳液滴。起初,油滴悬浮在一定浓度的双氧水溶液中,随着有机溶剂挥发,越来越多的嵌段共聚物吸附到油水界面。当油滴中嵌段共聚物浓度达到一定值时,会发生有序相翻转,即水滴会自发进入油滴中,形成稳定且高度有序的W/O/W双重乳液,当甲苯挥干时即可获得漂亮的结构色颗粒,具有类反蛋白石的多孔结构。在上述结构形成过程中,二茂铁基团会被内水滴中双氧水氧化,促使界面上亲水性嵌段水合能力增加,主链构象更加伸展,形成尺寸更大的内水滴,对应于微粒中更大的孔径。利用此原理,通过控制氧化程度来控制亲水段的伸展程度,即可获得一系列孔径大小连续可调的产物,从而展现出多彩的结构色。


基于调控聚合物链构象调节结构色的原理,研究人员简单的通过改变双氧水与二茂铁的反应当量,即可获得一系列高色彩饱和度、全谱系的结构色颜料。本研究的价值就在于:利用单一原料即可制备颜色连续精确可调的产品,为规模化生产光子颜料提供了一种高效原理与方法。


文章的第一作者是天津大学的博士生李玉莲。作者感谢国家自然基金项目(No. 51873098)对本工作的资助。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Oxidation Control of Bottlebrush Molecular Conformation for Producing Libraries of Photonic Structures

Yu-Lian Li, Xi Chen, Hong-Kun Geng, Yun Dong, Bin Wang, Zhe Ma, Li Pan, Gui-Qiu Ma, Dong-Po Song, Yue-Sheng Li

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202011702


导师介绍

宋东坡

https://www.x-mol.com/university/faculty/64246


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