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一、文章概述

天然蛋白石、甲蟲、蝴蝶、鮑魚殼等的結(jié)構(gòu)顏色是通過材料的亞微米級(jí)微結(jié)構(gòu)對(duì)光的干涉或衍射而產(chǎn)生的，不像染料和顏料的顏色是由于光吸收引起的電子躍遷所致。由于結(jié)構(gòu)色材料具有令人著迷的特性，例如高耐久性和奇特的彩虹色，因此有望在繪畫、防偽和裝飾領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。受自然界的啟發(fā)，研究人員一直致力于制造結(jié)構(gòu)色材料，例如球形顆粒、膽甾醇型液體晶體和表面活性劑膠束的組裝。此外，結(jié)構(gòu)顏色特性與其他功能的耦合是進(jìn)一步被看好，并且可能會(huì)制造出超出自然系統(tǒng)的范圍之外的新材料。刺激響應(yīng)性結(jié)構(gòu)色材料適用于傳感、智能設(shè)備、智能顯示器和信息存儲(chǔ)。盡管膽甾型液晶已被稱為經(jīng)典的溫度響應(yīng)性結(jié)構(gòu)色料，但近來已報(bào)道具有結(jié)構(gòu)色的軟彈性體或凝膠是機(jī)械致變色材料。日本福岡工業(yè)大學(xué)Nobuyoshi Miyamoto教授研究團(tuán)隊(duì)在本文中報(bào)道了一種功能性鈣鈦礦納米片作為結(jié)構(gòu)色材料的新成員；研究人員通過原位光聚合將這種結(jié)構(gòu)彩色鈣鈦礦納米片結(jié)合到聚（N-異丙基丙烯酰胺）（PNIPAm）網(wǎng)絡(luò)中，成功制造了具有快速響應(yīng)、高靈敏度和高機(jī)械韌性的機(jī)械變色結(jié)構(gòu)色水凝膠薄膜。由于液晶（LC）納米片在液-玻璃界面處的自發(fā)取向，因此不需要特殊的設(shè)備即可獲得納米片的均勻排列的單疇。在這里選擇了Dion-Jacobson型層狀鈣鈦礦氧化物，其一般組成公式表示為M [An-1BnO3n+1]（M = K，Na，H；A = Ca，Ba，K，Sr；B = Nb，Ti）。由于高度可設(shè)計(jì)的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和功能（例如發(fā)光特性、光催化活性和固體酸催化活性），因此，該策略為未來多功能結(jié)構(gòu)色材料的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

二、圖文導(dǎo)讀

可通過改變納米片濃度來調(diào)節(jié)鈣鈦礦納米片膠體明亮的結(jié)構(gòu)色。3wt％（圖1d）和2wt％（圖1c）的納米片膠體顯示具有珠光光澤的結(jié)構(gòu)顏色，而1 wt％（圖1b）的膠體是無色的。在紫外可見反射光譜中，3 wt％的膠體（圖1 d）顯示的最大反射波長_max為469 nm。此外，在238nm附近的紫外線區(qū)域（3 wt％）也觀察到小的峰，即_max的一半。低于360 nm左右的強(qiáng)吸收歸因于半導(dǎo)體鈣鈦礦納米片的帶隙吸收，這一點(diǎn)已通過以下觀察得到證實(shí)：在無結(jié)構(gòu)的稀膠體（0.1 wt％）中也觀察到了帶隙吸收（圖1a）。隨著納米片濃度的降低，_max移至更長的波長：分別為2 wt％和1 wt％時(shí)為600 nm和760 nm。

圖1.液晶鈣鈦礦納米片的結(jié)構(gòu)彩色膠體溶膠的特征。

a-d）納米片濃度為a）0.1 wt％、b）1 wt％、c）2 wt％和d）3 wt％的納米片的膠體的紫外可見反射光譜和照片。

e）具有1 wt％、2 wt％和3 wt％納米片的膠體的小角度X射線散射曲線和2D圖案。

圖2.具有3 wt％納米片的結(jié)構(gòu)彩色納米片/PNIPA復(fù)合水凝膠的表征。

A）在凝膠合成的每個(gè)步驟中樣品的UV/Vis光譜。

B）用設(shè)置在凝膠表面的交叉偏振器08和458觀察到的凝膠橫截面的偏振光學(xué)顯微鏡圖像。

C）從橫截面（紅線）和表面（黑線）觀察到的凝膠膜的SAXS輪廓。

D）用于SEM和SAXS觀察的凝膠的表面，切片表面和橫截面的圖示。

E-I）干燥凝膠的SEM圖像：E）、F）復(fù)合凝膠的表面和切片表面；G）、H）復(fù)合凝膠的橫截面；I）純PNIPAm凝膠表面的SEM圖像。

圖3.納米片/PNIPAm復(fù)合水凝膠的機(jī)械變色現(xiàn)象。

A）不同納米片濃度為0、1、2和3 wt％的水凝膠的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

B）壓縮應(yīng)變與凝膠的max之間的關(guān)系。插圖：貼有玻璃板的凝膠膜的照片；用鑷子推動(dòng)玻璃板的一端，以便由于壓力梯度（C）出現(xiàn)漸變顏色是具有不同的納米片濃度為0、1、2和3 wt％的水凝膠的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變（ss）曲線。

D）在拉伸測試期間具有3wt％的納米片的凝膠的照片；照片是在（C）的s-s曲線中指示的點(diǎn)上拍攝的。

E）當(dāng)凝膠被重物撞擊時(shí)，用高速相機(jī)拍攝的照片。

F）演示通過推動(dòng)玻璃板和由硅橡膠片制成的圖章之間的結(jié)構(gòu)色膠，可逆地顯示字母“ FIT”。