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  中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所卿光焱研究員團(tuán)隊(duì)在學(xué)術(shù)期刊《ACS Nano》發(fā)表最新研究成果，通過(guò)創(chuàng)新性“限域自組裝”策略，成功開(kāi)發(fā)出刺激響應(yīng)性纖維素納米晶體（CNC）光子細(xì)絲，為智能材料領(lǐng)域注入新動(dòng)能（圖1）。這一突破不僅克服了傳統(tǒng)纖維素光子材料的應(yīng)用瓶頸，更開(kāi)辟了其在智能紡織、可穿戴傳感等領(lǐng)域的全新應(yīng)用場(chǎng)景。

圖1 纖維素光子纖絲概念圖

從天然資源到智能材料：纖維素的光子革命

  纖維素作為地球上最豐富的可再生生物質(zhì)資源，在建筑、紡織等傳統(tǒng)領(lǐng)域已應(yīng)用數(shù)千年。近年來(lái)，隨著納米技術(shù)的突破，纖維素納米晶體（CNC）憑借其獨(dú)特手性光學(xué)特性和可降解性，成為光子材料研究的熱點(diǎn)。然而，現(xiàn)有CNC光子材料多以薄膜形式存在，其脆性、低柔韌性和環(huán)境穩(wěn)定性不足等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了其在智能纖維、可穿戴設(shè)備等前沿領(lǐng)域的應(yīng)用。

“限域自組裝”策略：破解技術(shù)困局

  針對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出“限域自組裝”技術(shù)框架，通過(guò)三大核心創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)跨越式突破（圖2）：

  1.剪切力精準(zhǔn)調(diào)控：利用剪切力驅(qū)動(dòng)CNC在受限空間內(nèi)定向排列，構(gòu)建高度有序的左旋手性向列結(jié)構(gòu)；

  2.光化學(xué)動(dòng)態(tài)交聯(lián)：引入紫外光觸發(fā)交聯(lián)反應(yīng)，在秒級(jí)時(shí)間內(nèi)鎖定納米結(jié)構(gòu)，確保細(xì)絲機(jī)械穩(wěn)定性；

性能躍升：智能與強(qiáng)韌兼具

• 超強(qiáng)機(jī)械性能：拉伸強(qiáng)度達(dá)37 MPa，韌性14 MJ?m?3，超越多數(shù)合成聚合物纖維；
• 動(dòng)態(tài)光學(xué)響應(yīng)：對(duì)濕度、應(yīng)力及視角變化呈現(xiàn)顯著干涉色切換（光程差>2500 nm，雙折射率Δn=16.5×10?3），響應(yīng)靈敏度較傳統(tǒng)薄膜大幅度提升（視頻1）；
• 環(huán)境兼容性：在水環(huán)境及各種復(fù)雜溶劑中保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)紡織設(shè)備進(jìn)行編織加工（視頻2）。

應(yīng)用場(chǎng)景：從實(shí)驗(yàn)室到生活

• 智能服裝：集成光子細(xì)絲的人體織物可實(shí)時(shí)感知濕度變化，通過(guò)顏色變化預(yù)警健康狀態(tài)；
• 自適應(yīng)光學(xué)器件：開(kāi)發(fā)視覺(jué)調(diào)節(jié)透光率的智能車窗或建筑幕墻，實(shí)現(xiàn)節(jié)能與隱私保護(hù)雙重功能；
• 高端防偽標(biāo)簽：利用獨(dú)特手性光學(xué)特征，打造無(wú)法復(fù)制的動(dòng)態(tài)防偽標(biāo)識(shí)。
• 可持續(xù)發(fā)展新范式：纖維素從“被動(dòng)材料”向“主動(dòng)智能材料”的轉(zhuǎn)變，更通過(guò)全綠色工藝（水相加工、光固化零排放）踐行了碳中和目標(biāo)。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c15863

作者簡(jiǎn)介：

  卿光焱研究員，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，博士生導(dǎo)師。主要從事聚合物界面材料方面的研究工作，開(kāi)發(fā)了一系列生物分子響應(yīng)性聚合物材料、手性功能表面和面向翻譯后修飾蛋白質(zhì)組學(xué)的聚合物基富集材料與器件。以第一或通訊作者發(fā)表Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc. (5篇), Adv. Mater. (6篇), Nat. Commun. (3篇), Angew. Chem. Int. Ed. (2篇), Sci. Adv., Mater. Today, Chem. Sci. (6篇), ACS Nano. (3篇), Adv. Funct. Mater. (2篇), Adv. Sci.等,總計(jì)發(fā)表SCI論文165篇，他引3700余次；申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利53項(xiàng)，已獲授權(quán)28項(xiàng)。主持國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目四項(xiàng)，青年科學(xué)基金一項(xiàng)。以第二完成人獲得了2011年湖北省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)，2012年12月被評(píng)選為湖北省楚天學(xué)者特聘教授，2014年7月獲得湖北省杰出青年基金資助。2018年在中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，生物技術(shù)部成立生物分離分析與界面分子機(jī)制研究組，擔(dān)任組長(zhǎng)。2018年入選遼寧省“興遼英才計(jì)劃”創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，2019年獲得國(guó)家基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金資助（結(jié)題優(yōu)秀），2020年入選大連市杰出青年科技人才。

  實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站：www.biosep.dicp.ac.cn

  張福生博士，畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，2022年7月加入武漢紡織大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，致力于納米纖維素自組裝及手性功能化研究，重點(diǎn)開(kāi)展圓偏振光/發(fā)光材料、結(jié)構(gòu)生色材料及智能光子纖維等領(lǐng)域的研究工作。主持國(guó)家自然科學(xué)青年基金，以第一作者或通訊作者身份在Advanced Materials、Materials Today、Advanced Functional Materials、ACS Nano、Materials Horizons等期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文14篇。

  ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4403-7425