面向納米/微米粒子功能化的粒子工程是發揮粒子納米效應的關鍵，在納米科學和材料科學領域引起了廣泛關注。尤其是，利用微流控技術實施微納粒子間強共價相互作用進而實現其之間建立強大的化學偶聯、賦能微納粒子的功能受到高度廣泛興趣。然而，在功能性膠體光子晶體（Colloidal photonic crystals，CPCs）粒子工程中，共價相互作用尚未被充分探索與實踐。因此，探索高效且易于執行的單分散顆粒共價偶聯方法仍然是一挑戰。
由單分散光子晶體膠體顆粒自組裝而成的具有獨特光學特性的CPCs已廣泛應用于光學顯示、防偽加密和傳感檢測等領域。特別是，對共價相互作用產生的單分散膠體顆粒進行粒子工程對改善CPCs的結構和性能具有積極作用。因此，通過粒子工程促進CPCs的功能化和高質量化及工程的一體化至關重要。尤其更值得關注的是， CPCs可屏蔽紅外光展現優越的被動降溫性能，對其粒子工程在節能減碳展現出廣闊的前景，必將掀起新一輪的研究浪潮。
針對上述科學問題，南京工業大學化工學院、材料化學工程國家重點實驗室陳蘇教授團隊，基于一種易于操作且用途廣泛的微流控粒子工程策略，采用微流控微珠組裝制備（南京捷納思新材料有限公司提供）建立了富羧聚苯乙烯-丙烯酸（P（St-AA））單分散膠體顆粒與富胺碳點（carbon dots，CDs）之間的共價偶聯新方法。所設計的CDs接枝P（St-AA）CPCs呈現出大規模無裂紋晶格和高可見度結構色，并由此開發出3D CPC微珠水凝膠用于數字編碼和被動降溫冷卻。本工作的主要創新性如下：（1）基于富胺CDs與富羧基P（St-AA）膠體顆粒之間的酰胺化反應產生強共價相互作用力，開發了一種微流控粒子工程化組裝方法。（2）CDs接枝P（St-AA）單分散膠體顆粒提供氫鍵驅動作用力保證了CPCs的大尺度無裂紋晶格結構；同時，CDs作為光散射吸收體，均勻吸收強的非相干散射光，實現CPCs高可見結構色。（3）建立一種幾乎全觀測角度反射的3D CPC微珠水凝膠，CPCs反射降溫冷卻和水凝膠蒸發冷卻協同作用實現了3.6 °C的溫度降，在被動降溫領域展現出廣闊的前景。（4）CPC超球水凝膠纖維的視覺光學信息、優越的柔韌性和足夠的自愈能力保證了視覺識別系統的循環可逆編解碼。
該研究成果于近日發表期刊《Chinese Chemical Letters》上（影響因子：9.1）。“Engineering particles towards 3D supraballs-based passive cooling via grafting CDs onto colloidal photonic crystals”(Chinese Chemical Letters (2023) 。南京工業大學碩士研究生吳婕為第一作者。南京工業大學陳蘇教授與李國星、于曉晴博士后為共同通訊作者。
該課題得到了國家自然科學重點基金、江蘇省重點學科建設項目、材料化學工程國家重點實驗室等基金和平臺的資助和支持。
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