華科(ke)大：超(chao)分子3D打印策略(lve)實現(xian)可(ke)修(xiu)復、可(ke)回收(shou)的(de)3D結(jie)構(gou)色物(wu)體(ti)的(de)壹步(bu)構(gou)築(zhu)

具有3D幾何形狀(zhuang)的(de)結(jie)構(gou)色物(wu)體(ti)在光(guang)學設(she)備(bei)、傳(chuan)感、定制化(hua)裝飾(shi)等領域具有廣(guang)泛的(de)應(ying)用前景(jing)。目前3D結(jie)構(gou)色物(wu)體(ti)的(de)制備(bei)流程繁瑣，成(cheng)型後(hou)通(tong)常(chang)需(xu)求(qiu)後(hou)處(chu)理(li)產(chan)生(sheng)結(jie)構(gou)色。壹步(bu)實現(xian)結(jie)構(gou)色的(de)直(zhi)接(jie)生成(cheng)和(he)三維(wei)結(jie)構(gou)的(de)成(cheng)型仍(reng)存(cun)在挑戰(zhan)。

近期(qi)，華(hua)中(zhong)科(ke)技大(da)學化(hua)學(xue)與(yu)化(hua)工(gong)學院朱錦濤、張連(lian)斌(bin)教(jiao)授(shou)團隊(dui)在3D結(jie)構(gou)色物(wu)體(ti)制備(bei)方(fang)面(mian)取(qu)得(de)了(le)進展。他們提(ti)出(chu)了壹種通(tong)過(guo)墨水(shui)直寫(xie)打印（Direct Ink Writing, DIW）的(de)方(fang)式(shi)，將(jiang)由(you)膠(jiao)體(ti)粒(li)子與(yu)聚合物組(zu)成(cheng)的(de)超(chao)分子膠體(ti)復合物直接打(da)印壹步(bu)構(gou)築(zhu)具有3D結(jie)構(gou)的(de)結(jie)構(gou)色物(wu)體(ti)的(de)方(fang)法(fa)（圖1）。該(gai)研究(jiu)中(zhong)，動(dong)態(tai)可(ke)逆(ni)的(de)超(chao)分子相互(hu)作用的(de)引(yin)入起(qi)到重(zhong)要作用：i. 保證高(gao)體(ti)積分(fen)數(shu)的(de)膠(jiao)體(ti)粒(li)子在聚合物基質中(zhong)的(de)均(jun)勻(yun)分散(san)，從而有效保(bao)證(zheng)結(jie)構(gou)色的(de)直(zhi)接(jie)產生(sheng)；ii. 賦予超(chao)分子膠體(ti)復合物滿足(zu)DIW打(da)印的(de)流變(bian)性需(xu)求(qiu)（觸(chu)變(bian)性、剪(jian)切變(bian)稀、合適的(de)屈(qu)服應(ying)力(li)）；iii. 賦(fu)予(yu)3D結(jie)構(gou)色物(wu)體(ti)可(ke)回收(shou)、可(ke)修(xiu)復的(de)特性(xing)，滿足(zu)定制化(hua)的(de)需(xu)求(qiu)，減少原(yuan)材料(liao)的(de)損(sun)耗(hao)；iv. 3D結(jie)構(gou)色物(wu)體(ti)的(de)構(gou)築(zhu)可(ke)拓展到其他常(chang)用聚合物和膠體(ti)粒(li)子的(de)材(cai)料(liao)體(ti)系(xi)。該(gai)工(gong)作以“Supramolecular 3D Printing Enabling One-Step Generation of Healable and Recyclable Structurally Colored Objects"為題發(fa)表(biao)在《Advanced Functional Materials》上，文(wen)章的(de)通(tong)訊(xun)作者是張連(lian)斌(bin)教(jiao)授(shou)，第(di)壹作者是華中(zhong)科(ke)技大(da)學博(bo)士生胡振(zhen)。該(gai)研究(jiu)受(shou)到國家(jia)自(zi)然科(ke)學基(ji)金(jin)(52373075)和中(zhong)央高校(xiao)基本科(ke)研業(ye)務費(fei) (HUST: 5003013129)資(zi)助。

作者通(tong)過(guo)將聚乙烯亞胺(an)（PEI）與(yu)二氧(yang)化(hua)矽(gui)膠(jiao)體(ti)粒(li)子復合構(gou)築(zhu)超(chao)分子膠體(ti)復合物，通(tong)過(guo)DIW直接(jie)打印獲得(de)具(ju)有復雜3D結(jie)構(gou)的(de)結(jie)構(gou)色物(wu)體(ti)。超(chao)分子膠體(ti)復合物表現出(chu)滿足(zu)DIW打(da)印的(de)流變(bian)性需(xu)求(qiu)：剪(jian)切變(bian)稀保(bao)證超(chao)分子膠體(ti)復合物打印過(guo)程中(zhong)的(de)連(lian)續(xu)擠(ji)出(chu)；合適的(de)屈(qu)服應(ying)力(li)保(bao)證(zheng)復合物的(de)層(ceng)層(ceng)堆疊(die)構(gou)築(zhu)3D結(jie)構(gou)而不(bu)變(bian)形；觸(chu)變(bian)性保(bao)證超(chao)分子膠體(ti)復合物在擠(ji)出(chu)後(hou)能(neng)夠恢(hui)復固體(ti)流變(bian)行(xing)為(wei)；合適的(de)打(da)印溫度保(bao)證超(chao)分子膠體(ti)復合物能夠在較低(di)的(de)應(ying)力(li)需(xu)求(qiu)下(xia)連(lian)續(xu)擠(ji)出(chu)（圖2）。

基(ji)於超(chao)分子相互(hu)作用的(de)多(duo)樣(yang)性(xing)和(he)可(ke)調性，該研究(jiu)的(de)方(fang)法(fa)能夠適(shi)用(yong)於不(bu)同的(de)聚合物與(yu)膠體(ti)粒(li)子體(ti)系(xi)，用(yong)於(yu)構(gou)築(zhu)3D結(jie)構(gou)色物(wu)體(ti)（圖3）。超(chao)分子相互(hu)作用的(de)動(dong)態(tai)可(ke)逆(ni)的(de)特性(xing)賦予3D結(jie)構(gou)色物(wu)體(ti)可(ke)修(xiu)復、可(ke)回收(shou)的(de)性(xing)質，可(ke)以滿足(zu)定制化(hua)結(jie)構(gou)的(de)構(gou)築(zhu)需(xu)求(qiu)；打(da)印獲得(de)的(de)的(de)3D結(jie)構(gou)色物(wu)體(ti)可(ke)以回收(shou)重(zhong)新獲得(de)超(chao)分子膠體(ti)復合物，或閉環(huan)回收(shou)獲(huo)得相應(ying)的(de)聚合物與(yu)膠體(ti)粒(li)子（圖4）。