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自然界中,丰富多彩的颜色主要是通过染料和颜料着色的,我们称之为化学色。根据成色机理的不同,还有另一种类型的颜色叫结构色,如贻贝、鸟类羽毛以及一些植物果实都属于天然结构色。现阶段人工合成的结构色材料除了光子晶体、布拉格堆叠,还包括手性向列液晶(LC),其具有独特的螺旋结构以及有趣的光子特性。纤维素纳米晶(CNC)在上世纪五十年代首次被发现其具有溶致液晶行为,干燥之后能够保留其液晶特性,并形成手性向列结构薄膜,通过选择性反射入射光而显示出颜色,直到最近几年才对其进行广泛研究。但是单纯的CNC自组装得到的CNC薄膜由于其内部的刚性氢键,导致薄膜的柔韧性非常差,不能弯曲折叠。此外CNC薄膜的耐水性也较差,在遇到有水的环境时CNC薄膜会被重新溶解,导致结构被破坏,颜色消失,从而严重影响了其在实际生活中的一些应用。基于这两个问题,本文主要对提高薄膜的柔韧性以及耐水性方面进行研究,并进一步扩展其应用。论文的主要内容如下:(1)以微晶纤维素为原料,利用硫酸一步水解法制备得到了CNC,通过研究不同的反应时间对制备CNC粒径大小的影响。AFM和纳米粒度分析表明随着反应时间的增加,CNC的粒径减小,XRD和FT-IR表明水解后得到的CNC化学结构没有发生改变,而结晶度增加。随后利用蒸发诱导自组装(EISA)方法自组装得到CNC虹彩薄膜,并通过研究自组装前多方面因素对虹彩薄膜光学性质的影响,通过SEM、反射光谱(UV-Vis)和偏振光学显微镜(POM)表征,结果表明CNC粒径的减小和超声时间的增加,都会使自组装后薄膜的颜色发生红移,电解质氯化钠加入会使得薄膜颜色发生蓝移。(2)采用聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)与CNC溶液共混自组装后光固化得到柔性耐水的CNC/PEGDA复合光子薄膜。拉力测试和接触角等表征表明所制备的CNC/PEGDA复合薄膜的柔韧性和耐水性都比单纯的CNC薄膜有所提高。SEM、UV-Vis、POM表明随着PEGDA含量增加,螺距增大,薄膜颜色发生红移,并探究了光引发剂含量对薄膜光学性质和热稳定性的影响,UV-Vis和TGA结果表明光引发剂含量对薄膜的光学性质和热稳定性影响较小。最后通过使用电解质氯化钠调节CNC/PEGDA复合薄膜的颜色,并将其应用于溶剂极性响应、光子纸以及防伪标签。(3)首先对聚乙二醇(PVA)接枝改性得到PVA-MA,~1H NMR和FT-IR结果表明接枝成功,然后改性的聚乙二醇(PVA-MA)与CNC溶液共混自组装后光固化得到柔性耐水的CNC/PVA-MA复合光子薄膜。拉力测试和接触角等表征表明,与添加PVA相比,复合薄膜的柔韧性和耐水性都得到提高,随着PVA-MA含量的增加,复合薄膜的颜色发生红移。