哈工程顶刊《Matter》：可视化的气体浓度检测

结构上的彩色胶片，有望成为廉价的视觉检测平台。然而，在一种单薄、坚固、实用的材料上实现精确的刺激响应功能仍然是一个挑战。

在此，来自东北林业大学和哈尔滨工程大学等单位研究者展示了通过多孔疏水膜过滤可持续的亲水纳米纤颤纤维素，然后自然干燥制备的柔性和自站立结构彩色薄膜。相关论 以题为“Transparent and flexible structurally colored biological nanofiber films for visual gas detection”发表在Matter上。

论 链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238522002910

多功能彩色薄膜，在传感、涂料、防伪等领域的应用越来越受到人们的关注。然而，廉价合成具有精确控制的微结构的薄膜，同时集成各种光学和机械性能，仍然具有挑战性。虽然，人们已经 道了许多制备策略，但很少有生成的薄膜是彩虹色的、透明的、灵活的，并且具有能动态响应环境刺激的活性表面。一般来说，通过集成具有理想结构和性能的额外构建块来提高薄膜的功能，这需要越来越复杂的制备过程，并在杂交过程中牺牲了构建块的一些优点。

通过对薄膜的微/纳米结构的合理控制，薄膜干涉、衍射光栅、散射和光子晶体产生的结构颜色，可以在薄膜中实现。在可见光范围内，薄膜的颜色，可以通过调节影响其折射率的参数来控制，比如它的组成成分、制造工艺和周围环境。这种刺激敏感的彩虹色薄膜已经由各种材料合成；然而，由于薄膜制备的前驱体通常要么沉积在不透明的基底上，要么在薄膜形成过程中变得脆弱，因此某些特性(如透明度和柔韧性)很难实现。

近年来，生物聚合物已被广泛开发为新型材料和器件的可持续组件。生物聚合物纳米纤维，因其独特的结构、优越的力学性能、活性的表面物理和化学行为以及自组装能力而被用作彩虹膜制备的基石。在这些纳米纤维中，用强酸水解纤维素，去除非晶态区域而制备的纤维素纳米晶体(CNCs)，通过蒸发诱导自组装制备出具有手性向列相序的绚丽彩虹膜已被广泛 道。虽然基于CNC的薄膜是透明的，它们的颜色可以根据外界刺激(如溶剂、pH值、温度和压力)进行定制，但由于CNC较短且长径比低，它们通常是脆性的，这严重限制了实际应用。薄膜的柔韧性，可以通过引入柔软的构件或功能前体来改善，但薄膜的透明度通常会受到不利影响。通过自然蒸发获得自立的CNC薄膜需要>18 h。因此，人们需要一种新颖的彩虹膜技术，该技术结合了对环境刺激的可见光学响应性和优良的机械性能，可以从单一的生物构建块通过快速和简单的制造过程产生。

图１ NCF的示意图和结构表征。

图2 NCFs的彩虹色。

图3 NCFs的灵活性和可折叠性。

图4 对外界气体刺激的颜色变化。

图5 目视读出气体浓度检测。