论文信息：
Responsive Photonic Filaments from Confined Self-Assembly of Cellulose Nanocrystals
Fusheng Zhang, Jiaqi Yu, Wei Zhong, Zhixiang Wang, Qiongya Li, and Guangyan Qing*
ACS Nano, 2025, 10.1021/acsnano.4c15863
原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c15863
中国科学院大连化学物理研究所卿光焱研究员团队在学术期刊《ACS NANO》发表最新研究成果，通过创新性“限域自组装”策略，成功开发出刺激响应性纤维素纳米晶体（CNC）光子细丝，为智能材料领域注入新动能（图1）。这一突破不仅克服了传统纤维素光子材料的应用瓶颈，更开辟了其在智能纺织、可穿戴传感等领域的全新应用场景。
图1 纤维素光子纤丝的应用概念图
从天然资源到智能材料：纤维素的光子革命
纤维素作为地球上最丰富的可再生生物质资源，在建筑、纺织等传统领域已应用数千年。近年来，随着纳米技术的突破，CNC凭借其独特手性光学特性和可降解性，成为光子材料研究的热点。然而，现有CNC光子材料多以薄膜形式存在，其脆性、低柔韧性和环境稳定性不足等问题，严重制约了其在智能纤维、可穿戴设备等前沿领域的应用。
图2 “限域自组装”的制备流程图
“限域自组装”策略：破解技术困局
针对这一挑战，研究团队提出“限域自组装”技术框架，通过三大核心创新实现跨越式突破（图2）：
1. 剪切力精准调控：利用剪切力驱动CNC在受限空间内定向排列，构建高度有序的左旋手性向列结构；
2. 光化学动态交联：引入紫外光触发交联反应，在秒级时间内锁定纳米结构，确保细丝机械稳定性；
连续湿法纺丝工艺：优化纺丝参数，实现长度超30米、直径160微米的光子细丝连续制备，突破规模化生产瓶颈。
性能跃升：智能与强韧兼具
所得光子细丝展现出多维卓越性能：
· 超强机械性能：拉伸强度达37 MPa，韧性14 MJ∙m⁻³，超越多数合成聚合物纤维；
· 动态光学响应：对湿度、应力及视角变化呈现显著干涉色切换（光程差>2500 nm，双折射率Δn=16.5×10⁻³），响应灵敏度较传统薄膜大幅度提升（视频1）；
环境兼容性：在水环境及各种复杂溶剂中保持结构稳定，可通过标准纺织设备进行编织加工（视频2）。
图3 应用潜力展示
应用场景：从实验室到生活
该成果为智能材料领域带来革命性应用前景（图3）：
· 智能服装：集成光子细丝的人体织物可实时感知湿度变化，通过颜色变化预警健康状态；
· 自适应光学器件：开发视觉调节透光率的智能车窗或建筑幕墙，实现节能与隐私保护双重功能；
· 高端防伪标签：利用独特手性光学特征，打造无法复制的动态防伪标识。
· 可持续发展新范式：纤维素从“被动材料”向“主动智能材料”的转变，更通过全绿色工艺（水相加工、光固化零排放）践行了碳中和目标。
相关研究成果以“Responsive Photonic Filaments from Confined Self-Assembly of Cellulose Nanocrystals”为题发表于《ACS NANO》。该工作的第一作者是武汉纺织大学张福生博士，上述工作得到国家自然科学基金的支持。
