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科学家利用超疏水表面，一步法成功制备可持续光子颜料

DeepTech深科技 · 公众号 · 科技媒体 · 2025-05-16 19:15

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申清臣当时做 CNC 自组装，因此自然而然地就产生了在超疏水表面做 CNC 光子颜料的想法。

但如何在超疏水表面大量形成 CNC 微液滴是他们遇到的第一个难题，开始研究团队是使用注射泵滴加，然而这种方法一方面无法大规模制备微液滴，另一方面制备的微液滴尺寸较大。

后来研究团队想到利用超疏水表面收集雾化的 CNC 悬浮液的方法，实现了快速且大量的在超疏水表面制备 CNC 微液滴。

不过，CNC 是否有足够的时间在这些微液滴中自组装成胆甾相结构？这在一开始是受到质疑的。

因为先前认为 CNC 自组装成好的胆甾相结构是要花很长的时间，而 CNC 微液滴在超疏水表面干燥过程速度很快。

后来，课题组经过研究发现，在微液滴中 CNC 的组装并不需要很长的时间，甚至可以说很短。利用饱和氯化锂盐溶液，研究团队把 CNC 微液滴的干燥时间缩短至 40 分钟，干燥后的 CNC 微粒仍具有很好的颜色。结果证明，通过在超疏水表面干燥雾化的 CNC 微液滴，可快速制备出可持续的 CNC 光子颜料。

因为干燥的 CNC 微粒表面具有很多褶皱，会对光产生散射，因此在空气中其本身是白色的，需要浸入到与之折射率匹配的液体中才会显示出真正的结构色。

因此，当研究团队第一次看到制备的 CNC 微粒显示出鲜亮的颜色时，非常兴奋和开心。而且通过测量其显微光谱，研究团队发现其与先前乳液法制备的 CNC 微粒的显微光谱强度相近。

但更让他们吃惊的是，新方法制备的 CNC 微粒直接呈现蓝色，并且颜色稳定性极佳，无论是在高温、极性溶剂中，还是在室温且黑暗的条件下长期储存（120 天），都保持颜色不变。这与先前乳液法制备的 CNC 微粒形成鲜明对比，后者在油中干燥后呈现红色，需通过后续脱水或高温处理才能转变为蓝色，而且高温或者极性溶剂都会改变其中的含水量，从而改变其颜色。

申清臣表示，本次新方法之所以能够获得如此优异的性能，是因为在空气中干燥时，气液界面的表面张力要远远大于液液界面，从而在干燥过程中产生更大的毛细力，从而使得微粒得到更大程度的压缩，产生更小周期性结构。

日前，相关论文以《利用喷雾辅助在超疏水表面制备纤维素光子颜料》（Spray-Assisted Fabrication of Cellulose Photonic Pigments on Superhydrophobic Surfaces）为题发在 Advanced Materials [1]，宋佳宁是第一作者，申清臣担任通讯作者。