《??JBB》廣西大學趙輝/福建農林廖光福：仿生多網絡架構實現光子水凝膠中光學與機械性能的解耦

基于纖維素納米晶（CNCs）的機械著色光子水凝膠面臨著結構顏色鮮艷度與機械強度之間的矛盾。受海兔虹彩色素的啟發，研究團隊設計了多網絡協同策略以克服這一難題。通過共組裝、前驅體滲透和熱聚合反應，成功制備出CNC/聚丙烯酰胺/水性聚氨酯（CPW）復合水凝膠。該體系將葡萄糖修飾的CNC（gCNC）手性模板嵌入互穿彈性基質中，形成三重網絡結構。動態氫鍵作用在保持結構有序性的同時賦予材料優異的力學性能（拉伸強度420 kPa，延伸率821%）。因此，該水凝膠在拉伸時可實現從近紅外到全可見光譜范圍的可逆顏色轉換，反射峰波長介于467至670 nm之間。本研究展示了其在定制化信息加密領域的應用潛力：編碼圖案可在特定應變條件下精準顯現，并具備良好的循環耐久性。這不僅為設計智能響應材料提供了獨特的仿生范式，更為生物基光子材料在先進及極端環境中的實際應用邁出了關鍵一步。

圖1. 對于纖維素納米晶體/葡萄糖改性纖維素納米晶體（CNC/gCNC）薄膜系列：(a)結構示意圖；(b)傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）；(c)拉曼光譜；(d)X射線衍射（XRD）圖譜；(e)不同一水葡萄糖（Glc·H?O）含量復合材料在自然光下的照片。隨著Glc·H?O含量的增加，這些復合材料分別稱為gCNC?、gCNC?、gCNC?、gCNC?和gCNC?。

圖2. gCNC復合材料的照片，左側為相應的偏振顯微鏡（POM）圖像（比例尺=200 μm），右側為橫截面掃描電子顯微鏡（SEM）圖像（比例尺=200 nm）。面板(a)–(f)分別代表CNC、gCNC1、gCNC2、gCNC3、gCNC4和gCNC5。

圖3。(a)CNC/聚丙烯酰胺/水性聚氨酯（CNC/PAAm/ WPU ， CPW）復合水凝膠的示意圖；(b)聚丙烯酰胺（PAAm）、CNC/聚丙烯酰胺（CNC/PAAm，CP）及 CPW 水凝膠的應力-應變曲線；（c、d）水性聚氨酯（WPU）、PAAm、CP及 CPW 復合材料的傅里葉變換紅外光譜；（e、f）CP在不同溫度下的傅里葉變換紅外光譜；（g、h）CPW2在不同溫度下的傅里葉變換紅外光譜；PAAm、CP及含8%質量分數 WPU 的 CPW 中CPW2的流變學表征：(i)頻率掃描曲線；(j)振幅掃描曲線；(k)CNC、gCNC及CPW2的 XRD 圖譜。

圖4。(a) CPW 復合水凝膠拉伸響應機制示意圖；(b)復合水凝膠在自然光下拉伸時的顏色變化過程；(c)不同應變水平下的偏振顯微鏡（POM）圖像；(d)gCNC1與 CPW 復合水凝膠斷裂面的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像；(e)不同應變下的可見光反射光譜及對應的CIE 1931色度圖；(g)復合水凝膠在不同拉伸狀態下色調(H)的變化；(h)拉伸響應型結構彩色水凝膠的顏色再現性測試；二維廣角X射線衍射（2D- WAXD）：CPW2水凝膠在(i)0%、(j)50%和(k)100%應變下的衍射圖譜，以及(l)不同應變下的對應衍射圖譜。

圖5。(a) CPW 結構色編碼水凝膠制備工藝示意圖；(b)分別展示編碼gCNC薄膜（左二）、未拉伸狀態（右二）及拉伸狀態（最右）的圖像。

期刊：Journal of Bioresources and Bioproducts

題目：Decoupling optical and mechanical trade-o?s in photonic hydrogels via bioinspired multi-network architecture

作者：Daoming Wang, Xuyang Zou, Xusheng Wang, Guangfu Liao, Kejin Jiang, Shanshan Dong, Han Xu, Jianhua Xiong, Peng Li, Zhenming Chen, Junheng Pan, Hengchong Shi, Qingshan Duan, Shuangfei Wang, Hui Zhao

接受日期：First published: 12 May 2026

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jobab.2026.100265

來源：發光材料與器件應用