【摘 要】
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纤维素是地球上储量最丰富的聚合物之一,纤维素纳米晶（CNCs）可由纤维素通过酸水解制得。纤维素纳米晶在一定浓度状态下可以形成手性向列型液晶相,其可选择性反射圆偏振光,产生虹彩颜色。这种虹彩颜色可以通过改变折射率或手性向列型结构的螺距得以调整。通过控制螺距尺寸得到均匀且长程有序的手性向列结构和均匀的结构色的纤维素纳米晶薄膜是在先进光学应用中的关键,而通过引入单糖作为一种插层剂调控其螺距的大小是一种良
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目（32071719）； 黑龙江省自然科学基金优秀青年项目（YQ2020C016）；
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纤维素是地球上储量最丰富的聚合物之一,纤维素纳米晶（CNCs）可由纤维素通过酸水解制得。纤维素纳米晶在一定浓度状态下可以形成手性向列型液晶相,其可选择性反射圆偏振光,产生虹彩颜色。这种虹彩颜色可以通过改变折射率或手性向列型结构的螺距得以调整。通过控制螺距尺寸得到均匀且长程有序的手性向列结构和均匀的结构色的纤维素纳米晶薄膜是在先进光学应用中的关键,而通过引入单糖作为一种插层剂调控其螺距的大小是一种良好的调控方法。经单糖调控的CNCs与贵金属纳米粒子的复合材料具有优异的光学特性。本文以滤纸为原料,使用H2SO4水解法制备CNCs。基于CNCs的手性向列性质,研究了单糖对于CNCs复合膜结构色的影响,开发了具有不同结构色的手性向列虹彩薄膜、CNCs/金纳米粒子复合虹彩薄膜、CNCs/银纳米簇复合虹彩薄膜等一系列手性向列功能材料。具体工作可归纳为如下三个方面:（1）以滤纸为原料,利用H2SO4水解法制备了稳定分散的CNCs悬浮液。利用果糖（Fru）、葡萄糖（Glc）、核糖（Rib）和甘露糖（Man）分别与CNCs以不同比例共混铺膜,得到具有不同结构色的复合薄膜。分析结果表明:单糖能够调控CNCs的结构色,在单糖的添加比例比例在0-40%的范围内时,随着单糖所占比例的提升,薄膜的颜色红移,且不同单糖使CNCs膜红移的程度不同。单糖的加入能够使薄膜的颜色分布由在不同区域呈现不同颜色变为整体均匀,并使薄膜由干脆易裂变为光滑柔软、易弯曲。由于氢键的作用,四种单糖的加入能将薄膜的最大反射率对应波长由400 nm处逐渐调控至最高675 nm处,将薄膜的紫外-可见吸收峰由425 nm处逐渐调控至最高721 nm处,将薄膜的圆二色吸收峰由350 nm处逐渐调控至最高720 nm处,并使薄膜的左旋螺纹间距由0.55μm左右逐步提高到0.9μm左右。单糖加入前后,薄膜均保持具有双折射性质的胆甾型液晶形态以及官能团、纤维素晶型的不变,但单糖的加入能提高CNCs结晶度,这是由于单糖促进了CNCs的结晶。（2）将CNCs与金纳米粒子（GNPs）复合,制备了CNCs/GNPs复合薄膜。分析结果表明:GNPs的引入不改变CNCs自身的官能团,能使复合薄膜的颜色发生蓝移,紫外-可见光谱显示,GNPs能在530 nm处产生等离子共振吸收效应,增强CNCs薄膜的手性吸收效应。Fru的引入能使复合薄膜的颜色发生红移,增强GNPs产生的等离子共振吸收效应。（3）将CNCs与银纳米簇（Ag NCs）复合,制备了CNCs/Ag NCs复合薄膜。分析结果表明:Ag NCs的引入不改变CNCs自身的官能团,且能使薄膜颜色发生蓝移,但蓝移幅度与Ag NCs加入量关系不大。Glc的引入能使复合薄膜的颜色发生红移。Ag NCs复合膜与GNPs复合膜最大的不同在于前者的存在使得薄膜发生蓝移,而后者会使薄膜发生红移。
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