新成员！机械变色的钙钛矿纳米片结构色水凝胶

来源：两江科技评论

一、文章概述

天然蛋白石、甲虫、蝴蝶、鲍鱼壳等的结构颜色是通过材料的亚微米级微结构对光的干涉或衍射而产生的，不像染料和颜料的颜色是由于光吸收引起的电子跃迁所致。由于结构色材料具有令人着迷的特性，例如高耐久性和奇特的彩虹色，因此有望在绘画、防伪和装饰领域中得到广泛的应用。受自然界的启发，研究人员一直致力于制造结构色材料，例如球形颗粒、胆甾醇型液体晶体和表面活性剂胶束的组装。此外，结构颜色特性与其他功能的耦合是进一步被看好，并且可能会制造出超出自然系统的范围之外的新材料。刺激响应性结构色材料适用于传感、智能设备、智能显示器和信息存储。尽管胆甾型液晶已被称为经典的温度响应性结构色料，但近来已报道具有结构色的软弹性体或凝胶是机械致变色材料。

日本福冈工业大学Nobuyoshi Miyamoto教授研究团队在本文中报道了一种功能性钙钛矿纳米片作为结构色材料的新成员；研究人员通过原位光聚合将这种结构彩色钙钛矿纳米片结合到聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAm）网络中，成功制造了具有快速响应、高灵敏度和高机械韧性的机械变色结构色水凝胶薄膜。由于液晶（LC）纳米片在液-玻璃界面处的自发取向，因此不需要特殊的设备即可获得纳米片的均匀排列的单畴。在这里选择了Dion-Jacobson型层状钙钛矿氧化物，其一般组成公式表示为M [An-1BnO3n+1]（M = K，Na，H；A = Ca，Ba，K，Sr；B = Nb，Ti）。由于高度可设计的化学组成、结构和功能（例如发光特性、光催化活性和固体酸催化活性），因此，该策略为未来多功能结构色材料的开发奠定了基础。

二、图文导读

可通过改变纳米片浓度来调节钙钛矿纳米片胶体明亮的结构色。3wt％（图1d）和2wt％（图1c）的纳米片胶体显示具有珠光光泽的结构颜色，而1 wt％（图1b）的胶体是无色的。在紫外可见反射光谱中，3 wt％的胶体（图1 d）显示的最大反射波长max为469 nm。此外，在238nm附近的紫外线区域（3 wt％）也观察到小的峰，即max的一半。低于360 nm左右的强吸收归因于半导体钙钛矿纳米片的带隙吸收，这一点已通过以下观察得到证实：在无结构的稀胶体（0.1 wt％）中也观察到了带隙吸收（图1a）。随着纳米片浓度的降低，max移至更长的波长：分别为2 wt％和1 wt％时为600 nm和760 nm。

图1.液晶钙钛矿纳米片的结构彩色胶体溶胶的特征。

a-d）纳米片浓度为a）0.1 wt％、b）1 wt％、c）2 wt％和d）3 wt％的纳米片的胶体的紫外可见反射光谱和照片。

e）具有1 wt％、2 wt％和3 wt％纳米片的胶体的小角度X射线散射曲线和2D图案。

图2.具有3 wt％纳米片的结构彩色纳米片/PNIPA复合水凝胶的表征。

A）在凝胶合成的每个步骤中样品的UV/Vis光谱。

B）用设置在凝胶表面的交叉偏振器08和458观察到的凝胶横截面的偏振光学显微镜图像。

C）从横截面（红线）和表面（黑线）观察到的凝胶膜的SAXS轮廓。

D）用于SEM和SAXS观察的凝胶的表面，切片表面和横截面的图示。

E-I）干燥凝胶的SEM图像：E）、F）复合凝胶的表面和切片表面；G）、H）复合凝胶的横截面；I）纯PNIPAm凝胶表面的SEM图像。

图3.纳米片/PNIPAm复合水凝胶的机械变色现象。

A）不同纳米片浓度为0、1、2和3 wt％的水凝胶的压缩应力-应变曲线。

B）压缩应变与凝胶的max之间的关系。插图：贴有玻璃板的凝胶膜的照片；用镊子推动玻璃板的一端，以便由于压力梯度（C）出现渐变颜色是具有不同的纳米片浓度为0、1、2和3 wt％的水凝胶的拉伸应力-应变（ss）曲线。

D）在拉伸测试期间具有3wt％的纳米片的凝胶的照片；照片是在（C）的s-s曲线中指示的点上拍摄的。

E）当凝胶被重物撞击时，用高速相机拍摄的照片。

F）演示通过推动玻璃板和由硅橡胶片制成的图章之间的结构色胶，可逆地显示字母“ FIT”。

三、论文信息

Perovskite Nanosheet Hydrogels with Mechanochromic Structural Color

Angewandte Chemie International Edition (IF=12.257)

Pub Date : 2021-01-21

DOI: 10.1002/anie.202015982

Wenqi Yang; Shinya Yamamoto; Keiichiro Sueyoshi; Takumi Inadomi; Riki Kato; Nobuyoshi Miyamoto*

Graduate School of Engineering, Fukuoka Institute of Technology, Wajiro-higashi, Higashi-ku, Fukuoka, 811-0295 (Japan)

原文链接：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU0NDgwMjI0MQ==&mid=2247496314&idx=2&sn=3dc91ef7b25fba7e3d35ed151ad08e9e