Advanced Functional Materials:可用于可视化水质监测的具有Janus浸润性和界面稳定漂浮性的的仿生可调结构色薄膜

近年来,由于超浸润性材料在油水分离、雾汽集水和液滴输运等领域良好的应用前景,两面具有不同浸润性的Janus浸润性薄膜受到了越来越多的关注。然而,能够实时、肉眼可见并且定性定量反应外界刺激响应性信号的Janus浸润性薄膜仍有待研究。

最近,南京师范大学未来光电功能材料研究中心刘慈慧、狄云松、甘志星团队受到荷叶和沙漠甲虫背壳的启发,开发了一种新颖的由蜡烛烟灰和弹性PU/P(NiPAAm-bis-AA)聚合物制备的结构色薄膜。在研究工作中报道了仿生Janus浸润性薄膜的制备过程、独特的界面稳定性及相关应用探究。将单分散的SiO2纳米颗粒在玻璃基底表面进行自组装,溶剂蒸发后形成紧密填充的阵列得到胶体晶体模板。将聚合物前聚体溶液渗透到纳米颗粒之间的孔隙中,恒温聚合后再刻蚀胶体晶体模板,得到独立的PU/P(NiPAAm-bis-AA)薄膜,该薄膜含有弹性聚合物反蛋白石结构。为了制备具有Janus浸润性的PU/P(NiPAAm-bis-AA)反蛋白石薄膜,在制备的反蛋白石支架的上层引入了蜡烛烟灰。所制备的Janus薄膜上层具有超疏水性,下层因其有序的反蛋白石结构而具有鲜艳的结构色和超亲水性。

这种薄膜上下表面相异的超浸润性能使其具有优秀的气液界面稳定性,能够稳定的漂浮在水面。在复杂液体环境中独特的稳定性和结构颜色传感能力赋予该薄膜在面对外部的刺激时,不仅可以通过马兰戈尼效应诱导的定向迁移来应激响应环境变量的变化,而且还可以通过薄膜结构色变化来定量反馈外界的刺激信号。该研究有望在可视化水质监测等方面应用。相关工作发表在Advanced Functional Materials上。此项工作由南京师范大学未来光电功能材料研究中心与淮安市天达医疗器械有限公司合作完成。其中,南京师范大学硕士研究生张欣然是该论文的第一作者。相关研究工作得到了国家自然科学基金、南京师范大学等项目的资助。

论文信息:

Bioinspired Tunable Structural Color Film with Janus Wettability and Interfacial Floatability towards Visible Water Quality Monitoring

Xinran Zhang, Cihui Liu, Lulu Zhang, Linnan Jia, Maqian Shi, Liang Chen, Yunsong Di, Zhixing Gan

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202010406