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    上海交大朱申敏教授課題組《ACS Nano》:在磁場調控液晶組裝結構研究上獲得新進展
    2020-06-30  來源:高分子科技

      設計與制備具有光學活性的手性材料已經成為化學、物理以及材料科學等領域的重要研究方向。纖維素納米晶(CNC)可在溶液中自組裝為手性光子晶體結構,如果利用外磁場來調控其組裝結構,對于生物醫學、光學器件等都具有重要的理論與應用價值。然而,由于CNC具有各向異性的抗磁性,調控其組裝結構需要施加的磁場一般要0.5T以上的大磁場。如何降低所需的磁場強度是開拓其應用的關鍵。


      針對該難題,朱申敏教授團隊通過對CNC表面修飾四氧化三鐵(Fe3O4)納米顆粒,提升CNC對磁場響應的靈敏度,進一步將表面修飾Fe3O4納米顆粒的CNC (Fe3O4/CNC)分散至純的CNC中進行組裝。該過程不僅解決了納米顆粒的團聚問題,而且自組裝結構得以保存,所用的磁場強度可以低到7 mT(圖1),比現有報道的調控用磁場強度低2個數量級。這項研究工作為設計基于CNC組裝的光學材料及相關理論研究提供了一種新的策略。


    圖1. (a)CNC表面原位修飾Fe3O4納米顆粒;(b)直接蒸發干燥Fe3O4/CNC分散液得到的薄膜中納米顆粒團聚明顯;將Fe3O4/CNC分散至純的CNC中,蒸發誘導自組裝得到了膽甾相結構


      CNC表面修飾的Fe3O4納米顆粒平均粒徑為5.14 nm(圖2a), 并且Fe3O4/CNC有良好的分散性(圖2b),高分辨透射電鏡照片證實了在經誘導組裝得到的薄膜樣品中,磁性顆粒可均勻分散在CNC中(圖2c, d)。


    圖2. Fe3O4/CNC的XRD圖(a)和透射電鏡照片(b);(c)Fe3O4高分辨透射電鏡照片;(d)Fe3O4/CNC均勻分散在純CNC中,經誘導組裝得到膜材料胡截面透射電鏡照片。


      研究同時發現,通過這種方法制備的樣品在組裝成膜過程中,隨著外加磁場強度的增大(由7 mT, 圖3a, d)提升至15 mT , 圖3c, f)時,自組裝結構螺距減小(由302 nm降低至206 nm),并且組裝形成的結構規整度大為增高,裂隙明顯減少,這是典型的磁場誘導取向現象。


    圖3. 將一定比例的Fe3O4/CNC分散至CNC后,在不同外加磁場下,經蒸發誘導自組裝得到的膜樣品截面掃描電鏡照片。


      以上成果發表在ACS Nano (DOI: 10.1021/acsnano.0c00506)上。論文的第一作者為上海交通大學材料科學與工程學院金屬基復合材料國家重點實驗室的博士生陳天星,通訊作者為朱申敏教授。合作者是昆士蘭大學的Andrew K. Whittaker教授


      原文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsnano.0c00506

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    (責任編輯:xu)
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