- 南工陳蘇教授團(tuán)隊(duì)《CCL》：基于微流控光子晶體3D被動(dòng)降溫微珠的粒子工程
- 發(fā)布日期：2023-11-01
面向納米/微米粒子功能化的粒子工程是發(fā)揮粒子納米效應(yīng)的關(guān)鍵，在納米科學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。尤其是，利用微流控技術(shù)實(shí)施微納粒子間強(qiáng)共價(jià)相互作用進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其之間建立強(qiáng)大的化學(xué)偶聯(lián)、賦能微納粒子的功能受到高度廣泛興趣。然而，在功能性膠體光子晶體（Colloidal photonic crystals，CPCs）粒子工程中，共價(jià)相互作用尚未被充分探索與實(shí)踐。因此，探索高效且易于執(zhí)行的單分散顆粒共價(jià)偶聯(lián)方法仍然是一挑戰(zhàn)。
由單分散光子晶體膠體顆粒自組裝而成的具有獨(dú)特光學(xué)特性的CPCs已廣泛應(yīng)用于光學(xué)顯示、防偽加密和傳感檢測(cè)等領(lǐng)域。特別是，對(duì)共價(jià)相互作用產(chǎn)生的單分散膠體顆粒進(jìn)行粒子工程對(duì)改善CPCs的結(jié)構(gòu)和性能具有積極作用。因此，通過粒子工程促進(jìn)CPCs的功能化和高質(zhì)量化及工程的一體化至關(guān)重要。尤其更值得關(guān)注的是， CPCs可屏蔽紅外光展現(xiàn)優(yōu)越的被動(dòng)降溫性能，對(duì)其粒子工程在節(jié)能減碳展現(xiàn)出廣闊的前景，必將掀起新一輪的研究浪潮。
針對(duì)上述科學(xué)問題，南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院、材料化學(xué)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳蘇教授團(tuán)隊(duì)，基于一種易于操作且用途廣泛的微流控粒子工程策略，采用微流控微珠組裝制備（南京捷納思新材料有限公司提供）建立了富羧聚苯乙烯-丙烯酸（P（St-AA））單分散膠體顆粒與富胺碳點(diǎn)（carbon dots，CDs）之間的共價(jià)偶聯(lián)新方法。所設(shè)計(jì)的CDs接枝P（St-AA）CPCs呈現(xiàn)出大規(guī)模無裂紋晶格和高可見度結(jié)構(gòu)色，并由此開發(fā)出3D CPC微珠水凝膠用于數(shù)字編碼和被動(dòng)降溫冷卻。本工作的主要?jiǎng)?chuàng)新性如下：（1）基于富胺CDs與富羧基P（St-AA）膠體顆粒之間的酰胺化反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)共價(jià)相互作用力，開發(fā)了一種微流控粒子工程化組裝方法。（2）CDs接枝P（St-AA）單分散膠體顆粒提供氫鍵驅(qū)動(dòng)作用力保證了CPCs的大尺度無裂紋晶格結(jié)構(gòu)；同時(shí)，CDs作為光散射吸收體，均勻吸收強(qiáng)的非相干散射光，實(shí)現(xiàn)CPCs高可見結(jié)構(gòu)色。（3）建立一種幾乎全觀測(cè)角度反射的3D CPC微珠水凝膠，CPCs反射降溫冷卻和水凝膠蒸發(fā)冷卻協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)了3.6 °C的溫度降，在被動(dòng)降溫領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的前景。（4）CPC超球水凝膠纖維的視覺光學(xué)信息、優(yōu)越的柔韌性和足夠的自愈能力保證了視覺識(shí)別系統(tǒng)的循環(huán)可逆編解碼。
該研究成果于近日發(fā)表期刊《Chinese Chemical Letters》上（影響因子：9.1）。“Engineering particles towards 3D supraballs-based passive cooling via grafting CDs onto colloidal photonic crystals”(Chinese Chemical Letters (2023) 。南京工業(yè)大學(xué)碩士研究生吳婕為第一作者。南京工業(yè)大學(xué)陳蘇教授與李國星、于曉晴博士后為共同通訊作者。
該課題得到了國家自然科學(xué)重點(diǎn)基金、江蘇省重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目、材料化學(xué)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等基金和平臺(tái)的資助和支持。
