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南京工業大學陳蘇團隊《德國應化》:光子晶體及其微流控組裝最新研究成果
更新時間:2019-08-23 瀏覽數:次
光子晶體是具有周期性介電結構及光子帶隙的人工設計與制造的晶體。通過設計晶體及其器件,可達到控制光子運動之目的。因此,基于光子晶體光子禁帶材料的出現,使信息處理技術的“全光子化”和光子技術的微型集成化成為可能,極可能在未來導致一次信息技術革命,其影響可能與當年半導體技術相比肩。然而,目前人造光子晶體材料存在品種與制備方法單一,傳統的光子晶體膜主要以聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及二氧化硅(SiO2)組裝而成,由于它們具有較高的成膜溫度以及構筑單元之間較弱的組裝作用力,致使光子晶體膜易于開裂、色彩飽和度差,從而導致其熒光增強效率低下,成為此領域極富挑戰的課題之一。

近日,南京工業大學化工學院及材料化學工程國家重點實驗室陳蘇教授課題組在國家自然科學基金重點項目(21736006)和國家重點研發計劃(2016YFB0401700)、江蘇省高校優勢學科建設工程、材料化學工程國家重點實驗室基金的支持下,開發了一種高疏水的P(t-BA)光子晶體新方法。此方法巧妙利用疏水單體制備的聚合物微球,其內在的疏水力可驅動高質量光子晶體材料的組裝,解決了光子晶體膜難以大面積施工、熒光增強效率低及易開裂等難題。該研究成果以Hydrophobic Poly(tert-butyl acrylate) Photonic Crystals towards Robust Energy-Saving Performance為題發表在國際化學領域頂級期刊《Angewandte Chemie International Edition》(Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 2–11)上。

研究發現一種玻璃化溫度低的軟單體:丙烯酸叔丁酯單體(t-BA, Tg=43℃),通過無皂乳液聚合的方法制備出P(t-BA)乳液;由于P(t-BA)分子鏈中具有疏水的叔丁基團,該疏水基團在P(t-BA)乳液組裝的過程中能夠提供一種疏水的自組裝驅動力,從而誘導P(t-BA)的光子晶體膜具有大面積不開裂、結構色明亮及優異的疏水性能;同時,該光子晶體膜具有極高的熒光增強效率(熒光增強效率高達10倍)。此外,還巧妙地利用微流控技術在磁場誘導下實現光子晶體微球和Janus微球的微流控組裝與構筑,并應用于磁控顯示器件上。該研究獲得審稿人高度評價:“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.”此基于疏水基團誘導光子晶體組裝的成果對光子晶體自組裝規律和新型光子晶體的設計提供了新思路,也拓展與豐富了多維度功能材料組裝的制備手段,為光子晶體材料在工業領域應用提供了可能。課題組在此領域近二年發表了一系列光子晶體與微流控的研究成果分別發表在國際重要刊物上(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.)。標志了陳蘇教授課題組在光子晶體的構筑與微流控組裝領域邁上新臺階。

全文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201907464
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