![]()
机械响应聚合物为智能材料的发展提供了广阔的平台，并已集成到各种光学滤波器、传感器、指示器和二极管中。特别有趣的是将机械响应转换成光学信号。例如，当结构的周期性受到外部刺激时，聚合物基光子晶体表现出强烈的颜色变化。然而，制备如此高质量的光子晶体是非常困难的。目前，更简单和更可伸缩的金属绝缘体金属 (MIM) 薄膜具有良好的光学结构，并被用于激光发射应用，作为光吸收器和标准具。MIM结构通常由半导体合金、金属氧化物或金属氮化物作为绝缘层的刚性材料薄膜堆叠而成。近年来，液体、聚硅氧烷、PDMS、丝蛋白、聚酰亚胺等软材料也被用作绝缘层，以引入柔韧性。尽管如此，在光学MIM结构中制造刺激响应材料仍然具有挑战性。水凝胶已被用于药物输送平台、组织支架、水净化系统、发电和颜色传感。一个关键的优点是，对水凝胶前驱体进行精细的化学修饰，可以控制合成薄膜的机械强度和弹性。近年来，以多糖为原料制成的双网络(DN)水凝胶因其高强度、高韧性和高透明性而开始取代传统的共价DN水凝胶和增强的单网络水凝胶。在大多数情况下，合成的材料是无色的，因为纤维素本身不吸收可见光，也不显着散射光。然而，结构颜色可以通过引入周期性的亚波长结构产生。近日，来自澳大利亚墨尔本大学Paul Mulvaney院士团队与武汉大学周金平教授团队合作，在两个金层之间沉积了一种双网络纤维素水凝胶，该水凝胶被用作一种柔软、反应灵敏的介质，制造出一种柔性的MIM 标准具，并被纳入法布里-珀罗光学标准具。薄纤维素水凝胶层可进行溶液处理。吸湿凝胶的折射率和厚度随湿度的变化而变化。这些软性MIM膜对水凝胶的折射率和/或厚度的变化作出响应。因此，当环境湿度发生变化时，可以观察到明显的结构颜色变化。反射光谱分析表明，水凝胶在膨胀和收缩过程中，其光谱发生了连续和可逆的变化。为了量化传感器的光学响应，还进行了COMSOL仿真，结果表明，这些仿真结果准确地再现了实验结果。化学交联剂的配比对水凝胶的水化行为影响较大，化学交联剂的配比越高，水凝胶的光学响应越大。这些以生物凝胶为基础的MIM薄膜也表现出良好的机械稳定性（长达12个月）。这些纤维素水凝胶的进一步功能化将会促进开发对各种外部刺激作出反应的传感器。该研究成果以题为“An Optically Responsive Soft Etalon Based on Ultrathin Cellulose Hydrogels”的论文发表在国际顶级学术期刊Advanced Functional Materials上（见文后原文链接）。图1. a) 平面水凝胶MIM 标准具的制作工艺示意图。b) 图示由于纤维素水化作用的增加，在薄膜的反射光降雾膨胀中所观察到的颜色变化。c) 将平面水凝胶MIM 标准具在20±3℃环境湿度为30±5%的蒸馏水中浸泡1h前后的照片。图2. a) MIM标准具从干燥状态向完全膨胀状态发展时，测量到的(顶线)和模拟的(底线)反射光谱的演变情况。b) 水凝胶膜平均厚度d (nm)随蒸馏水浸泡时间变化的曲线图。c) 由实验光谱(顶部)和模拟光谱(底部)转换为RGB/XYZ矩阵值的平面MIM膜的可见颜色。图3. a) 在室温环境湿度为30±5%时，反射率是膨胀的平面水凝胶MIM标准具的波长和时间的函数。b) 反射率是平面水凝胶MIM标准具在第11个膨胀周期内波长和时间的函数。c)用COMSOL计算平面水凝胶MIM 标准具的反射率谱随层厚的变化关系。图4. 对于两种不同ECH:AGU比值的平面水凝胶MIM 标准具，反射率随波长和膨胀时间的变化规律: a) ECH:AGU = 1, b) ECH:AGU = 3。c) 厚度为100 ~ 600 nm的平面水凝胶MIM 标准具的模拟反射光谱。(d, e) 不同ECH:AGU比的纤维素水凝胶膜SEM图像: (d) ECH:AGU = 1，(e) ECH:AGU = 3。f) 不同ECH/AGU配比下纤维素水凝胶的重量膨胀比。
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201904290
---完---
![]()
![]()
来源：高分子科学前沿
声明：凡本平台注明“来源：XXX”的文/图等稿件，本平台转载出于传递更多信息及方便产业探讨之目的，并不意味着本平台赞同其观点或证实其内容的真实性，文章内容仅供参考。如有侵权，请联系我们删除。
我们的微博：高分子科学前沿，欢迎和我们互动。
添加主编为好友（微信号：gfzkxqy，请备注：名字-单位-职称-研究方向），邀请您加入学术圈、企业界、硕博联盟、北美、欧洲、塑料、橡塑弹性体、纤维、涂层黏合剂、油墨、凝胶、生物医用高分子、高分子合成、膜材料、石墨烯、纳米材料、表征技术、车用高分子、发泡、聚酰亚胺等一系列技术交流群。同时可以在菜单中回复“交流群”，获取群目录。
添加 小编 微信（务必备注：名字-单位-职称-研究方向）
邀请您入讨论群
![]()
（ 微信二维码 扫码添加）
我们的QQ交流群：451749996（务必备注：名字-单位-研究方向）
投稿 荐稿 合作：editor@polysci.cn
![]()