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苏州大学ACS Nano封面论文:结构色开辟绿色纺织
发布时间:2018-05-16   点击次数:689次

    纺织行业是我国国民经济的传统支柱产业,也是重要的民生产业。而印染在纺织工业中占据

 

不可替代的位置,是提升纺织品档次和附加值的关键行业。但同时,印染行业也早已经成为我

 

能耗、高水耗和高排放的危害型行业。纺织印染加工需要耗费大量的水资源,同时大量未被利用的

 

化学染料及助剂会残留在水中,造成废水中有机物、无机盐含量增加,化学需氧量变高,水体严重

 

污染。不仅如此,人工合成的染料和助剂很难在短时间内被分解,这些都对环境造成了不可恢复的

 

坏。随着节能减排的呼声越来越高,以及当前国家日益严格的环保政策,印染企业必须寻求颠覆

 

性创新的纺织品或者纤维染色技术。

 

    除了化学颜料、色素生色,自然界还有一种结构生色现象,即光与可见光波长尺度的微纳结构

 

相互作用而产生颜色。很多动物如大闪蝶翅膀,孔雀,金刚鹦鹉的羽毛,以及一些宝石,甚至生活

 

中常见的肥皂泡,他们鲜艳的颜色都来自于结构色。这些结构色来自于其微纳结构,不需要化学染

 

料的参与,并且只要保持结构完整就能实现永不退色,这对于发展绿色环保纺织着色技术具有重要

 

的借鉴和参考意义。

 

    基于此,近年来苏州大学现代丝绸国家工程实验室和纺织与服装工程学院张克勤(南通纺织丝绸

 

产业技术研究院兼职教授、功能性纤维材料及其制品研发中心负责人)教授一直致力结构色对纤

 

维和纺织品印染着色的研究。早期,团队通过电化学沉积制备出皮芯结构光子晶体纤维,并用数值

 

计算方法进行了模拟分析和研究(ACS Macro Letters, 2013,2(2), 116-120)。后来进一步

 

批量化制备结构色纤维,团队利用静电纺丝方法制备了结构色纤维毡,并对纤维制备成机

 

理进行了详细研究(Langmuir, 2012, 28(43),15418-15424; ACS applied materials

 

& interfaces,2015, 7(25), 14064-14071)。为了增加结构色层的力学强度和功能性,团队成

 

过添加粘合剂利用喷涂法快速制备出亲疏水转换的结构色织物(RSC Advances, 2017, 7(14),

 

8443-8452)。随后团队又利用原子层沉积技术(ALD),制备TiO2结构色涂层应用于碳纤维的显着

 

ACS Nano, 2017, 11(10),10330-10336)。

 

    近期,团队联合中科院上海技术物理研究所、复旦大学、中科院苏州纳米所在ACS Nano上以封

 

章报道了通过雾化沉积二氧化硅胶体微球及添加剂PVA的方式可控制备大面积非晶结构色涂层,

 

并实现了非晶结构色的混合叠加。不仅如此,该方法能对复杂不规则物体的表面进行快速的保形性

 

涂敷,以蚕丝面料为例对蚕丝布进行“印染上色”,在保留其原有纤维细节、柔性和拉伸性的同时

 

结构色涂层具备较好的力学强度。

    研究者利用空气雾化器,将PVA粘合剂添加到二氧化硅胶体微球分散液,在基底上均匀地雾化沉

 

积非晶光子晶体结构色涂层。PVA有效地打断了胶体微球形成的长程有序结构,形成均匀的非晶结构,

 

产生无角度依赖的结构色。通过选择150-300纳米不同尺寸的微球,可以得到覆盖可见光范围的各种

 

不同颜色。研究者通过掩模板辅助在白色蚕丝面料上制备出复杂的彩色玫瑰花图案。PVA的添加同时

 

还大大地提高了非晶结构色涂层的力学性能。丝绸面料保留了原有的柔韧性,并且经过多次拉伸涂层

 

也不发生脱落。参照纺织品的色牢度测试标准,研究者进行多次水洗与摩擦测试,发现这种涂层仍然

 

具有较好的颜色稳定性和结构完整性。这些研究表明通过后期改进粘结技术及批量化制备工艺,这种

 

雾化沉积的方法将会在纺织印染领域具备较好的应用前景。

 

 

    文章的共同第一作者为苏州大学博士研究生李青松和中国科学院上海技术物理研究所张亚峰博士,

 

通讯作者为苏州大学现代丝绸国家工程实验室和纺织与服装工程学院张克勤教授。同时本工作也得到

 

复旦大学物理系青年千人石磊教授和中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的张骁骅研究员及袁伟

 

博士的大力帮助。

 

   论文详情

   Qingsong Li, Yafeng Zhang, Lei Shi, Huihui Qiu, Suming Zhang, Ning Qi, Jianchen Hu,

   WeiYuan, Xiaohua Zhang, and Ke-Qin Zhang. Additive Mixing and Conformal Coating of

   Noniridescent StructuralColors with Robust Mechanical Properties Fabricated by

   Atomization Deposition. ACS Nano, 2018, 12, 4, 3095-3102.

 

(来源:学术帮)

 

 

 

 

 

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