自修復結構色納米複合薄膜的組裝及光學性質調控

《自修復結構色納米複合薄膜的組裝及光學性質調控》是依託河北師範大學，由周金明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：自修復結構色納米複合薄膜的組裝及光學性質調控
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周金明
• 依託單位：河北師範大學

項目摘要

結構色材料在全色顯示、光波導、化學/生物學感測器等新型光學器件中具有非常誘人的套用前景。但傳統結構色材料在其結構受到破壞後往往不能自動快速恢復其光學性質，嚴重影響了結構色材料的色彩穩定性和相應光學器件的使用壽命。因此，結構色材料在高性能光學器件中的廣泛套用受到了極大的限制。本項目擬利用單分散膠體微球或膠體晶體微珠陣列結構提供光學性質，同時藉助自修復超分子聚合物框架網路維持光學結構和光學性質的穩定性，發展幾種具有可控光學結構和光學性質的自修復結構色薄膜。自修復結構色納米複合薄膜的簡便製備為提高結構色材料的結構穩定性和延長其使用壽命提供了理想解決方案，將在很大程度上推動結構色材料在顯示、感測器等高性能光學器件中的廣泛實際套用。

結題摘要

無角度依賴結構色材料在顯示、感測、包裝等眾多領域具有重要的套用，但其弱的機械穩定性和低色彩亮度問題是限制其廣泛套用的兩大瓶頸。針對上述難題，本項目通過共組裝的方法將自修復超分子有機凝膠引入無序光學結構，在國際上率先發展了自修復無角度依賴結構色納米複合薄膜。納米複合薄膜藉助自修復凝膠的動態可逆鍵合作用，維持結構色材料光學結構和光學性質的穩定性。這種新型結構色材料在受到破壞後，可於數十秒內反覆恢復結構色色彩及機械性能，其快速的自修復性能不僅將極大地提高光學器件的使用壽命而且還可以維持超低粘性的表面潤滑性質，從而有效避免傳統結構色材料在套用環境中易受污染的問題。該納米複合薄膜的優異性質有利於結構色材料在戶外光學器件領域中的套用。進一步，受自然界中簡便、高效的相分離策略實現對光學結構精確控制的啟發，我們通過調控共組裝前驅體中矽油的含量，藉助矽油誘導的連續兩步相分離，實現了分級光學結構納米複合薄膜的製備。較傳統的無序光學結構材料相比，分級光學納米複合薄膜具有更優異的光學性質、＞1600%的拉伸性能和獨特的在變形狀態下維持結構色穩定的能力。這些先進性能有望推動結構色材料在可穿戴光學器件中的套用。第三，通過將石墨烯材料（石墨烯納米片和石墨烯量子點）引入無序光學結構，發展了高亮度無角度依賴結構色薄膜，並開發了高亮度可視化結構色感測器。石墨烯納米片可以均勻吸收無序光學結構引起的非相干光散射，從而有效提高結構色材料的色彩飽和度；石墨烯量子點的隨激發波長調控的光致發光特性則有助於對結構色色彩的亮度進行補償。本項目將有效推動無角度依賴結構色材料的在智慧型顏料、新型可視化感測器、戶外顯示、可穿戴光學器件等領域的廣泛套用。