基于纤维素纳米晶螺旋组装体光学材料的制备及性能研究

摘要

在自然界中，许多生物体会产生五彩斑斓的颜色。在化学色即结构色中，偏振结构色是一种特殊的结构色，通过对自然界中各类生物体偏振结构色的形成机理进行研究，目前科学界已成功开发出一系列具有精细结构的仿生光学材料。在天然/仿生偏振结构色的科学研究中，科学界发现纤维素纳米晶体具有可控的“有序自组装”性能，利用其螺旋自组装特性可开发出具有手性向列相结构的光学材料。
　　本课题制备了一种响应型全反射纳米复合薄膜。选择纤维素纳米晶体作为研究对象，通过模仿自然界中金色圣甲虫的外壳结构，构筑新型三明治光学结构，选择特定厚度的单轴拉伸取向PA6薄膜作为中间层，利用相位延迟作用实现薄膜全反射效果，并结合蒸发沉积自组装技术制备出仿生全反射纳米复合薄膜。选择水溶性聚合物聚乙二醇丙烯酸酯作为掺杂体，利用紫外光聚合技术，通过形成聚合物网络赋予纳米复合薄膜良好的柔性，反射率测试结果表明，纳米薄膜反射率可达79％，表现出优良的全反射特性。
　　此外，基于纤维素纳米晶体有序螺旋结构的螺距可调性和水溶性聚合物聚乙二醇丙烯酸酯的吸水性，本课题对纳米复合材料的湿度响应行为进行了研究，并开展了材料的湿度响应展示工作。结果表明薄膜在湿度条件下可发生快速响应，同时发生变形和变色。经过20次循环测试，薄膜未发生断裂及分层现象，具有良好的可逆回复性。此外，剪切角不同可使薄膜在湿度条件下发生差异性形变，当θ=0或π/2时，薄膜为弯曲状;当θ=π/4时，薄膜为螺旋扭曲状，并进行了材料的应用展示工作。此研究为响应型全反射纳米复合材料的研究奠定了基础，材料有望应用于未来的节能、环保、滤波片、环境传感器、特种防伪等重要领域。

目录

声明

摘要

1．1 前言

1．2 结构色

1．3 圆偏振结构色

1．3．1 圆偏振结构色简介

1．3．2 圆偏振结构色分类

1．4 纤维素纳米晶体

1．4．1 纤维素纳米晶体定义

1．4．2 纤维素纳米晶体性质

1．4．3 纤维素纳米晶体制备方法

1．5 纤维素纳米晶体螺旋组装体复合材料研究现状

1．6 本课题目的及创新点

1．6．1 研究目的及意义

1．6．2 课题创新点

第二章 仿生全反射纳米复合薄膜的制备及光学研究

2．1 引言

2．2 实验药品

2．3 实验仪器

2．4 实验方案

2．4．1 纤维素纳米晶体的制备

2．4．2 全反射纳米复合薄膜的制备

2．5 测试和表征

2．5．1 纤维素纳米晶体形貌测试

2．5．2 纤维素纳米晶体结晶度测试

2．5．3 纤维素纳米晶体组装薄膜选择性反射测试

2．5．4 纤维素纳米晶体组装薄膜反射率测试

2．6 结果与讨论

2．6．1 纤维素纳米晶体

2．6．2 纤维素纳米晶体组装薄膜

2．7 本章小结

第三章 仿生全反射纳米复合薄膜的湿度响应行为研究

3．1 引言

3．2 实验药品

3．3 实验仪器

3．4 实验方案

3．4．1 纤维素纳米晶体的制备

3．4．2 响应型全反射纳米复合薄膜的制备

3．5 测试和表征

3．5．1 纤维素纳米晶体组装薄膜湿度响应测试

3．5．2 纤维素纳米晶体组装薄膜取向行为测试

3．5．3 纤维素纳米晶体组装薄膜湿度响应行为展示

3．6 结果与讨论

3．6．1 湿度响应测试

3．6．2 薄膜取向行为测试

3．6．3 薄膜湿度响应应用

3．7 本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介