結構色復合膜可由膠體晶體陣列和聚合物復合而成，在柔性顯示、防偽材料、光學涂層、可視化傳感等領域具有廣泛應用。然而，目前高質量結構色復合膜的規模化制備仍存在挑戰。依靠溶劑揮發誘導膠體有序組裝的方法受到熱力學和動力學的多因素控制，不易調控、過程耗時。
近期，華中科技大學化學與化工學院朱錦濤、張連斌教授團隊在高質量結構色復合膜的制備方面取得了重要進展。他們提出了一種通過剪切由膠體粒子與聚合物組成的超分子膠體復合物來快速、溫和大面積制備結構色復合膜的方法（圖1）。該研究利用了超分子相互作用的動態可逆性質改善了復合材料的加工性能，使高模量的超分子復合物能夠在室溫條件下有序加工。同時，利用了超分子相互作用的可調性和多樣性，將構筑結構色復合膜的材料體系擴展到各種常用聚合物與膠體粒子（圖2）。通過調控超分子復合物中聚合物的分子量和膠體粒子的體積分數，闡明了剪切誘導膠體有序化的機制，為生產高質量結構色復合膜提供了指導（圖3）。這項研究克服了利用剪切法制備結構色復合膜時材料的局限性，為使用常見材料溫和制備有序復合材料提供了新思路。該工作以“Scalable production of structurally colored composite films by shearing supramolecular composites of polymers and colloids”為題發表在《Nature Communications》上（Nat Commun 2024, 15, 1874）。文章的通訊作者是張連斌教授，第一作者是華中科技大學博士后李苗苗博士。該研究受到國家自然科學基金委和中國博士后科學基金項目的資助。
該工作是團隊近期在構筑高性能結構色復合膜相關研究的最新進展之一。結構色復合膜的光學和力學問題對材料的應用造成了極大困擾。為解決這些問題，該團隊通過將具有超分子連接作用的膠體粒子與聚合物共組裝，構筑了具有自修復能力和可回收再利用的基于超分子作用的結構色復合膜，延長了材料的使用壽命（Adv Mater, 2022, 34, 2110488; Adv Mater, 2019, 31, 1805496; Adv Funct Mater, 2020, 30, 2000008;Macromol Rapid Commun, 2022, 43, 2100867）。此外，團隊利用超分子作用的可調性，優化超分子作用，調控超分子交聯動力學，獲得了從短程有序到長程有序結構可調的結構色復合膜。通過搭建原位檢測系統研究了超分子網絡對膠體結構的調控規律，以及影響膠體結構轉變的關鍵性因素，為高性能結構色復合膜的制備提供重要思路（Macromolecules, 2022, 55, 8345）。同時，團隊還探索了結構色復合膜在光學防偽、可視化傳感領域中的應用（Adv Funct Mater, 2023, 33, 2306025; CCS Chem, 2022, 5, 624; Chem Eng J，2023, 470; Chem Eng J，2022，446, 136879; Small, 2021, 17, 2103271）。這些研究成果對于制備高性能結構色復合膜并促進其在不同領域的應用具有重要意義。
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46237-4
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