响应性光学材料能将环境刺激转化成光学信号，这类材料在自然界中普遍存在，也被开发制备成各种材料广泛应用于传感、显示、防伪、信息存储等多种领域。纤维素纳米晶体（CNCs），一种从天然纤维素中提取的纳米颗粒，因其可再生性、可降解性、来源丰富以及独特的光学特性等优势，被广泛用于开发和制备成各种功能材料，包括响应性光学材料。然而，由于CNCs光学材料组装时间长、所需CNCs浓度高以及由此带来的物理化学性能可调节性差、静态光学性能等原因，具有手性向列排列的CNCs光学材料在实际应用中受到诸多限制。
为解决这一问题，省科学院生物与医学工程所分析检测团队与武汉大学合作，通过对长径比高的海鞘纤维素纳米晶体（TCNC）进行剪切取向，并将这种规则结构通过单体、交联剂聚合锁定在聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）交联网络中，制得具有均匀干涉色的光学水凝胶（图1）。由于TCNC的高长径比和高结晶度，复合水凝胶中TCNCs在较低的浓度下即会出现虹彩双折射。TCNCs不仅使纳米复合水凝胶具有均匀干涉色，而且提高了水凝胶的力学性能。而柔软的水凝胶框架能让材料在外界刺激下快速作出反应，极大提升三维变色材料的可调谐性。当温度/应力发生变化时，水凝胶通过收缩/膨胀形变改变TCNCs的排列结构，显示灵敏的力/热致变色效果（图2），有望用于可拉伸传感器、环境监测、防伪标签等领域。
图1 剪切取向TCNC /PNIPAM双重响应光学水凝胶的制备与结构
图2 TCNC /PNIPAM光学水凝胶拉力、压力、温度响应性
相关成果发表在期刊Journal of Materials Chemistry C上，武汉大学王君玫博士生和省科学院生物与医学工程所程巧云博士为共同第一作者，武汉大学张俐娜院士和常春雨副教授为共同通讯作者。
该工作得到了国家自然科学基金、广东省科学院科技专项项目、湖北省重点研发项目等的资助。
论文信息：Wang, J., Cheng, Q., Feng, S., Zhang, L., & Chang, C. (2021). Shear-aligned tunicate-cellulose-nanocrystal-reinforced hydrogels with mechano-thermo-chromic properties. Journal of Materials Chemistry C, 9(19), 6344-6350.
（省科学院生物与医学工程所 程巧云/供稿）
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