《Chem. Mater.》透明木材納米複合材料的便捷加工，具有結構顏色的等離子納米顆粒

【科研摘要】

木材是一種生態友好且豐富的基材，並且可以通過大規模納米技術進行功能化。但是，木材中的分層結構和相互連接的纖維阻礙了納米粒子向木材中的滲透。最近， 瑞典皇家理工學院 Lars A. Berglund 教授 團隊用金和銀鹽對脫木素的木材浸漬，這是通過微波輔助合成原位還原爲等離激元納米顆粒。

透明生物複合材料由具有結構顏色的承重材料形式的含納米顆粒的木材製成。 着色源自納米粒子表面等離激元，其需要低尺寸的分散性和粒子分離。脫木素的木材充當綠色還原劑和納米顆粒所附着的增強支架，從而預先設計了它們在纖維“管”表面上的分佈。 使用掃描透射電子顯微鏡（ STEM），能量色散光譜（EDS）和拉曼顯微鏡對納米級結構進行研究，以確定粒徑，粒徑分佈以及結構與性質之間的關係。光學特性，包括對偏振光的響應，是特別令人關注的。 相關論文以題爲 Facile Processing of Transparent Wood Nanocomposites with Structural Color from Plasmonic Nanoparticles 發表在《 C hemistry of Materials 》上。

【主圖導讀】

圖 1. （a）結構化的TW處理的示意圖：脫木質的木材中浸入了金屬鹽（銀或金），這些金屬鹽通過微波輔助合成原位還原成等離子體納米顆粒。然後將含納米顆粒的基材浸入單體中，並固化成具有結構顏色的TW複合材料。（b）輕木，脫木素的基材，銀的基材，金的基材，（c）Ag-TW和（d）Au-TW的照片。

圖 2. Ag-TW和Au-TW的光學特性： （a）總透射率和（b）偏振分裂比。（c）Ag-TW和Au-TW的照片，下面有可見的文字。（d）垂直和平行取向的偏振透射率測量的樣品設置。

圖 3. （a）木質結構圖，綠色正方形突出顯示了感興趣的區域。（b–d）Ag-TW和（e–g）Au-TW截面的ADF-STEM橫截面顯微照片。標記了細胞壁（CW），細胞壁角（CC），中間層（ML）和內腔（L）。彩色正方形表示放大的區域。流明是纖維狀木質細胞中心的空白區域。

圖 4. 相應基板中（a）銀和（d）金的截面EDS圖。（b，c）銀和（e，f）含金底物的徑向表面的SEM顯微照片（白色箭頭表示纖維方向），放大倍數更高時，纖維細胞壁的內部朝向``空''腔空間 。

圖 5. （a）拉曼（歸一化爲在1333 cm -1 處的CH 2 振動）和（b）納米顆粒合成之前和之後的底物的XRD光譜。（c）木聚糖（常見的半纖維素）的示意圖，突出顯示了糖苷和醚鍵及其各自的拉曼活性波數。（d）擬議機理的示意圖：氧化還原反應包括氧化多糖C1碳並還原金屬離子，然後切割糖苷鍵並水合成羧酸酯基團。

通過低溫工藝在木材基材中原位合成了等離子的銀和金納米粒子，以生產具有承重功能的結構着色的透明木材（ TW）。TW中的強化木質基材在結構着色的TW的加工過程中帶來了其他功能。它用作綠色還原劑和預先設計的腳手架，可確保通過底物附着來分配分散良好的納米顆粒。納米級顆粒的分佈受基材形態的控制，因爲納米顆粒是在木材細胞壁上和內部形成的，從而有效地形成了納米顆粒的各向異性木質結構。與光相互作用的PNP能夠增強與結構有關的光學性能，例如TW的偏振效應。硫醇-烯聚合物基質不僅提供透光性並改善了機械性能，而且還有助於PNP的 特定的硫醇 -烯相關的化學穩定性。我們的研究表明，如何通過簡便的方法生產出結構彩色的TW，並顯示出製造基於木材的各向異性等離激元納米複合材料的潛力，該木材可用於承載光學元件。

參考文獻 ： doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c00806

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