基于对映体分子调控的纸基微纳光学结构构筑机制研究
批准号:
22078113
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
王斌
依托单位:
学科分类:
生物质转化与轻工制造
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王斌
中文摘要
可自发控制材料表面光学信息的纳米纤维素(NCC)光子晶体纸基近年来成为光学材料领域的研究热点。然而,NCC晶体的无规则聚集和液晶相螺旋结构复杂多变导致的材料表面光学信息不确定性,影响了该类纸基材料的实际应用。本项目针对影响NCC液晶相螺旋结构的关键要素,以构筑纸基有序的微纳光学结构为导向,采用乳酸对映体对NCC分子进行诱导调控,深入研究过程中NCC组装体分子结构和螺旋结构的演化规律,通过量子化学模拟以及光子传输矩阵模型的构建解析对映体分子作用下NCC组装体分子结构、螺旋结构和微纳光学结构间的内在关联,深刻理解分子诱导作用改变NCC晶体空间构象、几何扭转以及螺距的本质原因,建立精准控制光子晶体纸基表面光学信息传输的有效方法,为开发兼具显示性能和光学稳定性的新型光子晶体纸基提供理论基础和技术指导。
英文摘要
Owning to the characteristics of spontaneous transmitting the optical information, nanocrystalline cellulose (NCC) based liquid crystal paper material is becoming a research focus in optical material fields. However, the inconclusive optical information on the materials from the irregular deposition and the complicated chiral nematic phase of NCC limits their application range. Understanding the process of orderly arrangement and regular modulation of NCC’s liquid crystal phase can expand the application. In order to understand the mechanism of optical information transmission, we plan to reveal the generation and transmission behavior of optical state information on the paper via systematically investigating the enantiomer molecular regulation. Accordingly, the corresponding reaction mechanism and the assembly method of molecular-induced NCC will be determined by theoretical calculation and mathematical equation simulation analysis. The relationship among molecular structure, helical structure and micro/nano optical structure of chiral nematic liquid crystals can be investigated. Furthermore, we will understand the key control nodes of spatial conformation, geometric twist and pitch changes of NCC’s chiral nematic helical structure based on the enantiomer molecular regulation. This program aims to elucidate the pathways of NCC’ chiral helical structure and key regulatory mechanisms of micro/nano optical structure during the paper making process. Based on the proposed strategies for controlling the helical structure behavior, the research results are able to deeply understand the formation mechanism of chiral nematic phase in nature. Furthermore, the construction method will be used to develop novel chiral liquid crystal materials based on micro/nano structure design.
纳米纤维素(NCC)自组装过程中会形成具有光子晶体属性的纸基材料,能够控制光子的运输方式,这在新型无源显示器件、信息存储以及光谱分析等方面都具有突出优势。然而,NCC组装过程中的无规则聚集和手性液晶的结构复杂性,影响了该类材料的光学性能。为探究NCC光子晶体的真实属性,项目研究过程规范了光子晶体的有序聚集方法,首先保证光子晶体纸基材料的光学稳定性,实现NCC光子晶体膜在可见光范围内单色显示,有效避免咖啡环、虹彩色等现象干扰;通过引入不同外源分子,如左旋乳酸、阴离子聚合物(聚丙烯酸钠,PAAS)与阳离子聚合物(壳寡糖,COS),规律性控制NCC组装体的分子结构、螺旋结构和微纳光学结构,本质上解决了具有手性螺旋结构光子晶体的调控难题。在此过程中,MD模拟等手段进行微观结构分析,证实电荷和氢键的双重调控作用诱导CNC手性液晶结构排列趋向均匀并实现结构色彩的均匀显示,并引起NCC手性液晶膜的结构色彩在可见光区域内可控双向迁移(蓝移/红移)。. 在此基础上,以NCC为手性液晶模板、荧光碳量子点(F-CQD)为荧光客体,构筑了具有强圆偏振荧光(CPL)发射能力的NCC/F-CQD(CF)手性液晶结构,创新性地开发了一种由NCC手性液晶结构和CF手性液晶结构组成的双光子带隙(PBG)结构,CPL信号强度和波长可自由切换,其不对称因子(glum)值在0.23到-1.47之间(正负仅代表手性信号传输的方向),远优于其它已报道的NCC基手性液晶材料;以NCC为手性液晶模板,以聚丙烯酰胺(PAAM)为复合体,构建了一种具有可变超分子网络的新型复合凝胶结构,实现了NCC手性液晶结构的动态可逆转换功能。从分子尺度详细探究了NCC分子与PAAM分子的相互作用机制,探索了新型复合凝胶结构独特的光学属性,新型复合凝胶结构在五个维度(刚度、透明度、拉伸性、颜色和形状)可按需可逆切换,项目研究证明了NCC光子晶体在光学编码、信息存储、多维动态显示和高级加密领域的应用潜力。
纳米纤维素纸基光学微结构的集体重构与演变机制研究
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批准号:22378144
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:王斌
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依托单位:
过氧化物酶Prx降解玉米赤霉烯酮的机制研究及高比活Prx突变酶的理性设计
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2022
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负责人:王斌
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依托单位:
一维纳米纤维光子晶体构建偏振防伪基材
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2019
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负责人:王斌
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依托单位:
Benzomalvin A/D的生物合成途径解析及基于CYP450酶修饰的衍生物合成
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2019
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负责人:王斌
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依托单位:
组蛋白乙酰化表观修饰对黑曲霉次级代谢基因簇活性的差异调控机制
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批准号:31870024
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项目类别:面上项目
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资助金额:59.0万元
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批准年份:2018
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负责人:王斌
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依托单位:
基于原子转移自由基聚合的光响应型木质纤维构建及作用机制
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批准号:31600471
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2016
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负责人:王斌
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依托单位:
菌核发育与黄曲霉毒素生物合成关联机理的转录组分析
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批准号:31100026
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2011
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负责人:王斌
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依托单位:
国内基金
海外基金