Angew. Chem. :颗粒凝胶中的胶体结晶应用于蝴蝶翅膀仿生学

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仿生学是通过研究自然生物的行为以寻求启发和探明原理,并以此为借鉴创造适用于人类生产、生活和学习的先进技术。从《墨子》中的“公输子削竹木以为鹊”到现代的各类先进的材料和装备,师法自然的思想无处不在。


其中,以蝴蝶翅膀为仿生蓝本开发“结构色”高端材料在显示、传感、防伪等领域有重要的研究价值和应用前景。与传统的化学显色不同,生物体的“结构色”只依赖于其表面的特殊结构,使反射光发生折射、漫反射、衍射或干涉而产生的颜色,具有永不褪色的特点。但是,如何发展兼顾功能可调和形态可控的蝴蝶翅膀仿生材料仍然是该领域的重大挑战。


近日,南京工业大学材料化学工程国家重点实验室的余子夷教授团队发展了一种“结构色”材料定制化构建的一种策略,率先采用颗粒凝胶反应器实现了胶体粒子的可控结晶,构建了我们在自然界中所看到的结构颜色。同时,在磁场强化结晶获得颜色可调的材料基础上,利用打印技术构建了形态可控的“结构色”仿生蝴蝶翅膀。



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研究人员使用液滴微流控技术成功制备了颗粒凝胶反应器单元,并以其疏松的多孔结构作为胶体粒子结晶限域空间,从而构建具有结构色特征的像素点,有效地提高磁响应结构色的色彩稳定性。进一步地,利用其模块化特征,通过混合不同比例的红、绿、蓝三原色凝胶颗粒,获得了无限多种可能色彩的“结构色”颗粒凝胶。不同于通过调节纳米粒子粒径调控结构色的传统手段,该研究基于“叠加”的色彩生成方案能够有效地减少化学合成的工作量,极大地提高结构色材料的色彩丰度。

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另外,利用颗粒凝胶的Jamming效应对“结构色”蝴蝶翅膀进行打印,可以充分的利用颗粒凝胶剪切细化、自愈合的流变特性,从而实现不同形状“结构色”先进材料的定制化构建。


物竞天择,适者生存。自然万物数亿年进化得到的高级功能和结构是仿生学的基石和道标,利用现代生物技术、工程学、材料学等交叉学科的知识,仿生学也将往多样化和智能化方向日趋发展。

文信息

Injectable Granular Hydrogels as Colloidal Assembly Microreactors for Customized Structural Colored Objects

Jing Zhang, Yipeng Qin, Yangteng Ou, Yu Shen, Bao Tang, Xiaoyun Zhang, Ziyi Yu


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202206339 




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