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  仿生Bouligand結(jié)構(gòu)具有變革性的潛力，可在從生物塑料和建筑到航空航天的尖端領(lǐng)域開(kāi)發(fā)高性能納米復(fù)合材料。盡管自組裝策略衍生的結(jié)構(gòu)具有一定的反應(yīng)性，但所得結(jié)構(gòu)的纖維間界面中受限的平衡穩(wěn)健性和微運(yùn)動(dòng)限制了延展性。這種限制阻礙了它們?cè)诟鱾�(gè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，例如組織工程、智能可穿戴設(shè)備和程序化制造（圖 1a）。因此，追求一種可以通過(guò)納米纖維滑動(dòng)或氫鍵重建利用具有多級(jí)活化界面的纖維組件的系統(tǒng)，對(duì)于推進(jìn)結(jié)合多種增韌機(jī)制的仿生Bouligand結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成了一個(gè)重大問(wèn)題。纖維素納米晶體（CNC）自組裝成高度有序的Bouligand結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出手性光子特性，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-功能關(guān)系進(jìn)行調(diào)整。這些納米晶單元通常被限制在幾百納米的尺寸內(nèi)，因此其生物聚合物網(wǎng)絡(luò)基質(zhì)的空間排列可以通過(guò)氫鍵進(jìn)行調(diào)節(jié)，為上述問(wèn)題提供了實(shí)用的解決方案。

圖 1

  近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所卿光焱研究員和武漢紡織大學(xué)張福生博士合作提出了一種自組裝CNC的創(chuàng)新視角，作為開(kāi)發(fā)具有適應(yīng)性機(jī)械變色響應(yīng)的堅(jiān)韌和光子 Bouligand CNC水凝膠的結(jié)構(gòu)模型。這種轉(zhuǎn)變是通過(guò)重新定向纖維素納米晶體CNC）/聚乙烯醇（PVA）光子基體的手性向列結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，從而產(chǎn)生沿x方向誘導(dǎo)排列的結(jié)構(gòu)和拉伸的膽固醇形式（圖 1b）。相關(guān)研究成果以“Highly robust cellulose photonic hydrogels with reconfigurability and mechanochromism”為題，于近日發(fā)表在Materials Today上。這些水凝膠表現(xiàn)出卓越的機(jī)械性能（超過(guò)950%的超高拉伸性和高達(dá)155.5 MJ?m^?3的韌性）。此外，這些光子水凝膠表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變色能力，在紅色和藍(lán)色之間轉(zhuǎn)變，波長(zhǎng)偏移為427nm，并且在受到可逆拉伸時(shí)在很寬的范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的電靈敏度（圖2）。重要的是，水凝膠的綜合特性使其能夠集成到微控制器中，以構(gòu)建一個(gè)機(jī)械成像平臺(tái)，其中光學(xué)和電學(xué)雙信號(hào)報(bào)告性能可實(shí)現(xiàn)壓力分布的視覺(jué)定位（圖3）。這些進(jìn)步預(yù)示著CNC全新的應(yīng)用未來(lái)，為不同行業(yè)引入了創(chuàng)新和多功能的解決方案。此外，這種方法為制造堅(jiān)固的光子水凝膠開(kāi)辟了一條新途徑，其智能光學(xué)響應(yīng)有望擴(kuò)大仿生光子纖維素材料在醫(yī)療、能源和工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖 2

圖 3

  文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.01.008