纤维素纳米晶体手性向列材料研究进展

纤维素纳米晶体(CNC)是从天然纤维素中提取的纳米纤维素,是一种可再生、可生物降解,且具有生物相容性的功能纳米材料。胶体稳定的CNC颗粒具有在水中自组装成胆甾相液晶的倾向,这种液晶可以根据其周期性、结构和形貌进行改性,因此受到广泛关注;CNC液晶相通过蒸发诱导自组装(EISA)可以形成具有手性向列液晶相的虹彩薄膜,具有广阔的应用前景。本文综述了CNC的手性向列液晶行为、环境响应及其在电子、医疗、食品等行业的应用,并展望了CNC手性向列材料未来的研究方向和发展前景,以期为今后手性材料的研发与应用提供参考。

电场作用下染料掺杂手性向列相液晶器件激光辐射谱研究

研究了电场作用下染料掺杂手性向列相液晶器件激光辐射谱。设计了两种电极结构,分别对正性和负性液晶器件施加横向和纵向电场,采用532nm的Nd∶YAG脉冲固体激光器泵浦样品。对正性液晶器件施加电场,在630~660nm范围获得多波长的激光输出。对负性液晶激光器件施加电场,获得调谐范围为18.5nm的激光输出。由器件织构和光子禁带的变化,进行了深入的分析。正性液晶器件,在电场力矩与扭曲力矩相互竞争过程中,引起液晶的流动,光子禁带上下浮动,因此不仅在禁带边沿,禁带内也出现激光辐射。而负性液晶器件随着电场强度增大,液晶螺距收缩,禁带蓝移,输出激光波长从681.0nm蓝移到662.5nm,出射激光波长为光子禁带边沿处。负性液晶器件在电场作用下的稳定性较好。

染料掺杂手性向列相液晶器件中实现随机激光辐射

设计制作了染料掺杂手性向列相液晶器件,研究了其随机激光辐射行为。均匀混合激光染料DCM和PM597、手性剂S-811、向列相液晶TEB30A,注入无摩擦取向的40μm液晶盒,制成焦锥织构态的手性向列相液晶激光器件。采用固体Nd:YAG倍频532nm波长的脉冲激光作为抽运光泵浦样品。掺杂激光染料PM597和DCM的液晶器件分别在575～588nm和600～620nm范围显示了尖锐、分立的随机激光辐射峰,线宽约为0.3nm。探测了器件在不同方向上的激光辐射谱,在与样品表面夹角约为45°～150°的范围内均能探测到随机激光。在器件中,手性向列相液晶焦锥织构态对光的强散射作用是随机激光产生的主要原因。

染料掺杂手性向列相液晶激光器的制备和研究

设计制作了PM597染料掺杂手性向列相液晶器件,研究了其激光辐射行为。混合激光染料PM597、手性剂S-811、向列相液晶TEB30A,制成平面态织构的手性向列相液晶激光器件。采用固体Nd∶YAG倍频532nm波长激光作为抽运光,在光子禁带短波和长波边沿同时获得波长分别为571.1、615.5nm的激光输出。对于器件产生激光辐射的机理,采用光子态密度理论进行了分析,根据实际样品各成分的配比,模拟出态密度随波长的变化曲线。在器件中,光子禁带边沿处光子态密度最大,此处器件阈值较低,容易产生激光辐射。

CNC手性向列型液晶结构的形成、调控与应用

经硫酸水解制得的纤维素纳米晶(CNC)悬浮液在达到临界质量分数后可以形成具有手性向列型结构的液晶相。CNC悬浮液干燥后,手性结构可以保留,提高了它作为光学材料和模板的应用潜能,使之成为当前研究热点。综述了CNC手性向列型液晶结构的形成机制和调控方法,重点介绍了CNC手性材料的应用研究,并对手性CNC的研究前景进行了展望。

纤维素纳米晶手性向列液晶在颜色防伪中的应用

目的介绍纤维素纳米晶(Cellulose Nanocrystal,CNC)手性向列液晶的形成原理与特征,以及该结构的调控方法,包括螺距和折射率的调控,最后总结纤维素纳米晶及其衍生材料在颜色防伪中的应用。方法归纳CNC手性向列液晶的形成机理方法,如硫酸水解结合蒸发诱导自主装法以及以CNC为手性模板与其他溶液共混制备法。最后总结国内外CNC手性向列液晶在颜色防伪中的研究现状,并简要讨论纤维素纳米晶在颜色防伪的未来发展趋势。结论纤维素纳米晶,具有绿色环保、来源丰富、合成工艺简单等特点,在一定条件下能形成手性向列液晶结构,具有独特的光学性质并呈现出结构色,可应用于颜色防伪。

磺酸化手性向列型介孔二氧化硅的制备及其催化合成龙脑

通过溶胶凝胶法制备了手性向列型介孔二氧化硅(CNMS)和用浸渍法制备了磺酸化手性向列型介孔硅(CNMS-SO3H)固体酸催化剂。通过比表面积分析(BET)、X射线衍射仪(XRD)、红外吸收光谱分析法(FT-IR)、氨-程序升温脱附(NH3-TPD)和吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)等技术手段表征催化剂的结构和性质。结果表明,在α-蒎烯与无水草酸物质的量比为1∶0.4,CNMS-SO3H催化剂用量与松节油的质量比为7∶100。温度为100℃,时间为8 h,龙脑的收率最高为49.89%,α-蒎烯转化率为100%,正龙脑的量是异龙脑的4倍。固体酸催化剂具有很好的催化活性和稳定性,在重复使用8次之后,α-蒎烯转化率在99%以上。

纳米晶纤维素手性向列型液晶相结构的形成、调控及应用

手性材料作为一种新型功能材料,尤其是其特殊的光学性能以及在传感器、对映体分离领域的潜在应用,已经引起众多科学研究者的广泛关注。纳米晶纤维素(NCC)基手性材料以其丰富的来源、简单的合成工艺、独特的光学性质以及良好的稳定性等成为当前手性材料研究的热点。本文综述了NCC及其手性向列型液晶相的形成机制,重点介绍了NCC手性结构的调控方法,包括NCC性质、环境条件以及添加剂对其手性结构的影响。最后,总结了近几年NCC手性结构在光电材料和模板剂方面的应用研究进展。

纤维素纳米晶手性光学材料研究进展

利用来源广泛、绿色、可再生的纤维素纳米晶,与功能材料相结合,构建性能优异的生物质手性光学材料,在比色传感、信息加密、手性诱导和建筑节能等领域具有广阔的应用前景。本文介绍了纤维素纳米晶的制备、手性向列液晶结构的自组装构建及其手性光学性质,重点综述了纤维素纳米晶手性结构材料光学性质的调控策略以及手性光学应用的研究进展,最后总结并展望了纤维素纳米晶手性光学材料发展所面临的挑战和前景。

纳米晶纤维素组装的手性介孔材料及其对手性药物的分离

纤维素纳米晶体(CNC)是由硫酸催化的纤维素水解制备的,根据纤维素的来源和水解条件,纳米晶体的直径约为5~15 nm,长度约为100~300 nm。CNC在水中可以形成具有手性向列型结构的液晶相。当干燥成固体薄膜时,CNC保持螺旋手性向列顺序并组装成层状结构。在CNC自组装过程中,可以添加溶胶-凝胶前体,如Si(OMe)_(4)。随着溶剂的蒸发,这些前体会发生水解和缩合,从而形成手性向列相二氧化硅/CNC复合材料。复合材料在空气中煅烧破坏纤维素模板,留下高表面积手性向列结构的介孔二氧化硅膜。此外,有机二氧化硅或二氧化钛薄膜也采用类似的方法得到。这些薄膜可用作滤光片、反射器和薄膜。最重要的是,合成的手性介孔二氧化硅可用作手性色谱固定相材料分离手性药物。结果显示,手性分离的效果显著,为CNC开发手性新材料提供了新方法。

CNC基手性向列液晶衍生材料制备及应用研究进展

纤维素纳米晶(cellulose nanocrystal,CNC)由于其独特的手性向列液晶相结构,已经引起众多科学研究领域的广泛关注,尤其是其在生物液晶材料的应用已成为当前的研究热点。本文综述了近年来国内外对CNC及其手性向列衍生材料的研究进展。首先介绍了CNC手性向列液晶相的形成和调控;其次归纳了CNC基手性向列衍生材料的制备方法,如硫酸水解结合蒸发诱导自组装法、手性模板结合溶胶凝胶法以及溶液共混法;最后阐述了CNC基手性向列液晶结构组装材料在光学材料、功能高分子树脂膜材料、医学材料等领域的应用,并对其在今后的发展应用前景进行了展望。

纳米纤维素手性荧光复合薄膜的制备

纳米纤维素以其高强度,强亲水性,可生物降解性,光学性质显著等特点使其在功能复合材料受到广泛关注。本文通过硫酸水解法制备纳米纤维素,通过掺杂荧光染料罗丹明B对其进行改性,在自然干燥的条件下制备纳米纤维素手性荧光复合薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、荧光光谱仪、X射线衍射光谱仪(XRD)和偏光显微镜(POM)等对其进行表征,研究了纤维素纳米晶体薄膜的微观结构以及光学性质。结果表明:加入质量分数0.05%的罗丹明B后的复合薄膜具有明显的虹彩色泽,复合薄膜保留了手性向列结构,且具有显著的橘红色荧光发射性能。

聚乙二醇/纤维素纳米晶体复合液晶薄膜微观结构及湿度响应行为

【目的】探索聚乙二醇(PEG)对纤维素纳米晶体(CNC)液晶薄膜湿度响应的影响,阐明其响应机制,旨在为开发低成本、可重复使用和高灵敏度的PEG/CNC复合薄膜湿度传感器提供理论基础。【方法】将CNC与PEG共组装,制备了一种具有湿度响应性能的虹彩色手性向列相光子液晶薄膜,系统考察了PEG质量分数对液晶薄膜的微观结构、显色、力学性能及湿度响应的影响,在此基础上,研究了PEG/CNC复合液晶薄膜在不同湿度条件下的响应循环性能。【结果】对于纯CNC体系,CNC质量分数由3%增加到7%,CNC液晶薄膜的螺距减小,最大反射光波长由596.5 nm蓝移至511.0 nm;对于添加PEG的CNC体系,随着PEG质量分数的增加,PEG/CNC复合液晶薄膜的螺距由394.0 nm减小到244.0 nm,最大反射光波长由613.5 nm蓝移至350.5 nm,韧性先提升后下降,PEG质量分数为5%时为最佳,断裂能为31.9 J·m^(-2),较纯CNC薄膜提升了138%;液晶薄膜经过5次吸湿-解湿,表现出良好的湿度响应重复性,平衡波长的变化率小于0.6%。【结论】制备了一种对湿度具有敏感响应的虹彩色光子PEG/CNC复合液晶薄膜,PEG可以调控复合薄膜螺距,起到调节结构色的作用。

SU-8光栅结构中的液晶激光特性

设计制作了SU-8光栅结构的染料掺杂手性向列相液晶激光器件,在器件正面和侧面均实现了随机激光辐射。将激光染料PM597、手性剂S-811、向列性液晶TEB30A按一定比例均匀混合,注入反平行摩擦处理的液晶盒中,器件的下基板通过光掩模法刻蚀出周期为15μm的光栅。利用532 nm的Nd∶YAG固体脉冲激光器作为泵浦源,器件的侧面既在580~590 nm范围内出现了多个离散分立的随机激光辐射峰,FWHM约0.19 nm,又在579~585 nm范围内出现独立的两个激光辐射峰,FWHM约0.19 nm;在器件正面获得了584~590 nm范围的随机激光辐射谱,FWHM约0.17 nm。加热器件至61℃,液晶相变为各向同性态,器件侧面仍出现了波长约590.60 nm、FWHM约0.24 nm的激光辐射峰。分析得出,液晶盒中引入SU-8光栅结构后,光子同时在液晶分子间多重散射和SU-8光栅中布拉格反射获得反馈放大,两种机制相辅相成。器件侧面出现的独立激光辐射峰主要由SU-8光栅布拉格反射提供反馈放大形成,而器件侧面和正面的随机激光辐射峰主要由液晶分子间多重散射提供反馈放大形成。

光子晶体光纤载体中液晶随机激光辐射行为

将向列相液晶TEB30A、手性剂S-811、激光染料PM597的混合物填充空芯光子晶体光纤中,以Nd:YAG倍频532 nm激光作为泵浦光源,测量激光辐射谱,研究了光子晶体光纤载体中的随机激光辐射行为。泵浦激光侧面入射,侧面出射随机激光波长范围为590~605 nm,半高全宽约为0.3 nm;辐射方向较广。泵浦光端面入射,端面出射随机激光波长范围为580~605 nm,半高全宽约为0.3 nm。加热样品至各向同性温度时,端面和侧面激光辐射被关断。由实验结果得出,光子晶体中随机激光辐射源于微孔中填充的染料掺杂液晶混合物。手性向列相液晶中光子传输平均自由程和液晶分子介电张量的涨落随温度的变化,是影响出射激光强度的主要因素。

平板显示中的双稳态技术:现状与进展(一)

介绍双稳态显示器件的原理、开展双稳态显示技术的意义和基本思路。在此基础上简要介绍现有比较成熟的几种双稳态显示器件的基本原理、基本特性、研究进展和存在的问题,包括以液晶材料为核心的双稳态器件、基于光干涉与机械双稳态机构的iMod显示器件、基于电泳现象的零电场双稳态E-ink显示器件。由于双稳态发展历史已经很久,本篇综述的宗旨不在于介绍最新的发展状况,而在于为提供双稳态显示器件较为完整的创造思想和方法。在液晶显示单元双稳态化的基础上,作者提出OLED阵列、FED阵列的双稳态结构的原理与技术途径。提出通过现有技术的组合,实现显示器件双稳态化的大屏幕显示器件的发展思路。

平板显示中的双稳态技术:现状与进展(二)

介绍双稳态显示器件的原理,推广双稳态显示技术的意义和基本思路。在此基础上简要介绍现有比较成熟的几种双稳态显示器件的基本原理、基本特性、研究进展和存在的问题,包括以液晶材料为核心的双稳态器件、基于光干涉与机械双稳态机构的iMod显示器件、基于电泳现象的零电场双稳态E-ink显示器件。由于双稳态发展历史已经很长,本篇综述的宗旨不在于介绍最新的发展状况,而在于为双稳态显示器件提供较为完整的创造思想和方法。在液晶显示单元双稳态化的基础上,作者提出OLED阵列、FED阵列的双稳态结构的原理与技术途径。提出通过现有技术的组合,实现显示器件双稳态化的大屏幕显示器件的发展思路。

平板显示中的双稳态技术:现状与进展(三)

介绍双稳态显示器件的原理、开展双稳态显示技术的意义和基本思路。在此基础上简要介绍现有比较成熟的几种双稳态显示器件的基本原理、基本特性、研究进展和存在的问题,包括以液晶材料为核心的双稳态器件、基于光干涉与机械双稳态机构的iMod显示器件、基于电泳现象的零电场双稳态E-ink显示器件。由于双稳态发展历史已经很长,本篇综述的宗旨不在于介绍最新的发展状况,而在于为提供双稳态显示器件较为完整的创造思想和方法。在液晶显示单元双稳态化的基础上,作者提出OLED阵列、FED阵列的双稳态结构的原理与技术途径。提出通过现有技术的组合,实现显示器件双稳态化的大屏幕显示器件的发展思路。

CNC作为结构色材料在食品包装中的应用

纤维素纳米晶体(CNC)作为一种植物基材料,具有手性向列相结构,其生物降解性强、密度低、生物适应性强、表面羟基丰富、亲水、无毒,并可形成结构色,在食品包装中具有广阔的应用前景。本文基于CNC的结构和性能,对CNC的制备方法、CNC作为结构色材料在食品包装中的智能显色应用以及其他功能应用(如保鲜包装、可食性包装、活性包装)进行综述、归纳和分析,并对其在食品包装中的进一步应用研究进行展望。

晶态纳米纤维素的多色圆偏振荧光性能

基于晶态纳米纤维素禁带效应的圆偏振荧光能力,分别采用混合悬浮液法及多层膜叠加法拓宽了晶态纳米纤维素膜的禁带,使其禁带覆盖可见光范围,通过掺杂多色荧光体,该膜可以将自发辐射转换为高强度,右旋,多色的圆偏振荧光信号.