《Chem. Mater.》透明木材纳米复合材料的便捷加工，具有结构颜色的等离子纳米颗粒

【科研摘要】

木材是一种生态友好且丰富的基材，并且可以通过大规模纳米技术进行功能化。但是，木材中的分层结构和相互连接的纤维阻碍了纳米粒子向木材中的渗透。最近， 瑞典皇家理工学院 Lars A. Berglund 教授 团队用金和银盐对脱木素的木材浸渍，这是通过微波辅助合成原位还原为等离激元纳米颗粒。

透明生物复合材料由具有结构颜色的承重材料形式的含纳米颗粒的木材制成。 着色源自纳米粒子表面等离激元，其需要低尺寸的分散性和粒子分离。脱木素的木材充当绿色还原剂和纳米颗粒所附着的增强支架，从而预先设计了它们在纤维“管”表面上的分布。 使用扫描透射电子显微镜（ STEM），能量色散光谱（EDS）和拉曼显微镜对纳米级结构进行研究，以确定粒径，粒径分布以及结构与性质之间的关系。光学特性，包括对偏振光的响应，是特别令人关注的。 相关论文以题为 Facile Processing of Transparent Wood Nanocomposites with Structural Color from Plasmonic Nanoparticles 发表在《 C hemistry of Materials 》上。

【主图导读】

图 1. （a）结构化的TW处理的示意图：脱木质的木材中浸入了金属盐（银或金），这些金属盐通过微波辅助合成原位还原成等离子体纳米颗粒。然后将含纳米颗粒的基材浸入单体中，并固化成具有结构颜色的TW复合材料。（b）轻木，脱木素的基材，银的基材，金的基材，（c）Ag-TW和（d）Au-TW的照片。

图 2. Ag-TW和Au-TW的光学特性： （a）总透射率和（b）偏振分裂比。（c）Ag-TW和Au-TW的照片，下面有可见的文字。（d）垂直和平行取向的偏振透射率测量的样品设置。

图 3. （a）木质结构图，绿色正方形突出显示了感兴趣的区域。（b–d）Ag-TW和（e–g）Au-TW截面的ADF-STEM横截面显微照片。标记了细胞壁（CW），细胞壁角（CC），中间层（ML）和内腔（L）。彩色正方形表示放大的区域。流明是纤维状木质细胞中心的空白区域。

图 4. 相应基板中（a）银和（d）金的截面EDS图。（b，c）银和（e，f）含金底物的径向表面的SEM显微照片（白色箭头表示纤维方向），放大倍数更高时，纤维细胞壁的内部朝向``空''腔空间 。

图 5. （a）拉曼（归一化为在1333 cm -1 处的CH 2 振动）和（b）纳米颗粒合成之前和之后的底物的XRD光谱。（c）木聚糖（常见的半纤维素）的示意图，突出显示了糖苷和醚键及其各自的拉曼活性波数。（d）拟议机理的示意图：氧化还原反应包括氧化多糖C1碳并还原金属离子，然后切割糖苷键并水合成羧酸酯基团。

通过低温工艺在木材基材中原位合成了等离子的银和金纳米粒子，以生产具有承重功能的结构着色的透明木材（ TW）。TW中的强化木质基材在结构着色的TW的加工过程中带来了其他功能。它用作绿色还原剂和预先设计的脚手架，可确保通过底物附着来分配分散良好的纳米颗粒。纳米级颗粒的分布受基材形态的控制，因为纳米颗粒是在木材细胞壁上和内部形成的，从而有效地形成了纳米颗粒的各向异性木质结构。与光相互作用的PNP能够增强与结构有关的光学性能，例如TW的偏振效应。硫醇-烯聚合物基质不仅提供透光性并改善了机械性能，而且还有助于PNP的 特定的硫醇 -烯相关的化学稳定性。我们的研究表明，如何通过简便的方法生产出结构彩色的TW，并显示出制造基于木材的各向异性等离激元纳米复合材料的潜力，该木材可用于承载光学元件。

参考文献 ： doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c00806

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