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南京工业大学陈苏团队《德国应化》:光子晶体及其微流控组装最新研究成果
更新时间:2019-08-23 浏览数:次
光子晶体是具有周期性介电结构及光子带隙的人工设计与制造的晶体。通过设计晶体及其器件,可达到控制光子运动之目的。因此,基于光子晶体光子禁带材料的出现,使信息处理技术的“全光子化”和光子技术的微型集成化成为可能,极可能在未来导致一次信息技术革命,其影响可能与当年半导体技术相比肩。然而,目前人造光子晶体材料存在品种与制备方法单一,传统的光子晶体膜主要以聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及二氧化硅(SiO2)组装而成,由于它们具有较高的成膜温度以及构筑单元之间较弱的组装作用力,致使光子晶体膜易于开裂、色彩饱和度差,从而导致其荧光增强效率低下,成为此领域极富挑战的课题之一。

近日,南京工业大学化工学院及材料化学工程国家重点实验室陈苏教授课题组在国家自然科学基金重点项目(21736006)和国家重点研发计划(2016YFB0401700)、江苏省高校优势学科建设工程、材料化学工程国家重点实验室基金的支持下,开发了一种高疏水的P(t-BA)光子晶体新方法。此方法巧妙利用疏水单体制备的聚合物微球,其内在的疏水力可驱动高质量光子晶体材料的组装,解决了光子晶体膜难以大面积施工、荧光增强效率低及易开裂等难题。该研究成果以Hydrophobic Poly(tert-butyl acrylate) Photonic Crystals towards Robust Energy-Saving Performance为题发表在国际化学领域顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》(Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 2–11)上。

研究发现一种玻璃化温度低的软单体:丙烯酸叔丁酯单体(t-BA, Tg=43℃),通过无皂乳液聚合的方法制备出P(t-BA)乳液;由于P(t-BA)分子链中具有疏水的叔丁基团,该疏水基团在P(t-BA)乳液组装的过程中能够提供一种疏水的自组装驱动力,从而诱导P(t-BA)的光子晶体膜具有大面积不开裂、结构色明亮及优异的疏水性能;同时,该光子晶体膜具有极高的荧光增强效率(荧光增强效率高达10倍)。此外,还巧妙地利用微流控技术在磁场诱导下实现光子晶体微球和Janus微球的微流控组装与构筑,并应用于磁控显示器件上。该研究获得审稿人高度评价:“This work is interesting, especially, authors reported aultra-hydrophobic poly(tert-butyl acrylate) (P(t-BA)) photonic crystals (PCs) with relatively lower glass transition temperature (Tg), large areacrack-free, excellent hydrophobic property and brilliant structure color. Suchmethod will guide the construction and development of a new kind of polymer PCs.”此基于疏水基团诱导光子晶体组装的成果对光子晶体自组装规律和新型光子晶体的设计提供了新思路,也拓展与丰富了多维度功能材料组装的制备手段,为光子晶体材料在工业领域应用提供了可能。课题组在此领域近二年发表了一系列光子晶体与微流控的研究成果分别发表在国际重要刊物上(Mater. Horiz. 2019, 6, 90-96. ACS Photonics. 2018, 6, 116-122. Small Methods. 2018, 1800104; Nanoscale 2018, 10, 19147-19153; J. Mater.Chem. C, 2018, 6(30): 8187-8193.)。标志了陈苏教授课题组在光子晶体的构筑与微流控组装领域迈上新台阶。

全文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201907464
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