【文章概述】

颜色在信息储存、着色和伪装中起着重要的作用。自然界中的变色龙、青蛙、孔雀、蝴蝶等在受到外界刺激时，能够发出不同颜色的荧光，以进行信息交换、伪装和防御天敌等。受自然变色生物的启发，研究人员在光、电、温度、湿度、压力和化学试剂的刺激下，开发出了多种变色材料，而变色材料在自适应伪装、安全防伪、智能面料、实时传感、智能显色等领域的广泛发展。

纤维素是一种具有优良机械强度和生物降解性的绿色生物质材料。通过物理掺杂或化学键合赋予纤维素具有优异的机械强度和生物降解性，（双发射能力可扩大发射波长的范围，提高发光材料的灵敏度和可见性）。然而，受颜色调控方法和原理的限制，纤维素基双发射荧光膜依赖于pH刺激来展现出显色转换的报道也较少，这严重阻碍了其应用的扩展。

【成果简介】

西安工程大学武海良教授团队选用pH响应性质的有机荧光染料FITC和长余辉特性的无机荧光颜料CaAl2O4:Eu2+, Dy3+作为生色分子，开发出具有pH响应的双发射有机-无机杂化长余辉HPMC荧光膜。HPMC基荧光材料可在480和535 nm两个发射峰长时间持续发出青色光，即使在极碱条件下依旧显示很强的荧光强度。对比现有的研究，本研究扩大纤维素基荧光膜的发射波长范围，同时延长环境响应型荧光膜的发光时间，为制备以生物质为基材的智能变色织物涂层材料、防伪材料和灵敏性pH传感器件提供新途径。该材料符合奇材馆理念，后续开发值得期待！

【图文导图】

HPMC-FITC, HPMC@NH2-CAO, HPMC-FITC@NH2-CAO荧光材料反应机理图

图1(a-b) 荧光溶液(a)和XPU字母(b)在可见光(上)和365 nm紫外光(下)下形成的荧光膜照片(从左到右分别为HPMC-FITC, HPMC@NH2-CAO, HPMC-FITC@NH2-CAO)。

(c) 校徽上覆盖的HPMC-FITC@NH2-CAO荧光膜照片。

图2 (a) HPMC-FITC的1H NMR谱。

(b)不同取代度HPMC-FITC溶液的紫外-可见吸收光谱。

(c) NH₂-CAO、HPMC@NH2-CAO、HPMC-FITC@NH2-CAO的XPS谱图。

(d-e) HPMC@NH2-CAO和(e) HPMC-FITC@NH2-CAO的N 1s峰拟合曲线。

(f) NH2-CAO、HPMC、HPMC- fitc、HPMC@NH2-CAO、HPMC-FITC@NH2-CAO的XRD谱图。

图3(a) HPMC-FITC，(c) HPMC@NH2-CAO和(e) HPMC-FITC@NH2-CAO (FITC的DS为0.4030)荧光膜在可见光、紫外光和黑暗环境下的照片，

(b)、(d)、(f)及其对应的荧光发射光谱。

图4(a) HPMC-FITC、HPMC@NH2-CAO、HPMC-FITC@NH2-CAO荧光膜的发光机理图。

(b)玻璃和织物上的荧光溶液涂层在可见光和365纳米紫外光下的照片。

图5 HPMC-FITC0.4030和HPMC-FITC0.4030@NH2-CAO荧光溶液(2 mg/mL)的pH响应。

(a)两种不同pH的荧光溶液在可见光和紫外光下的照片(从左到右pH = 2,3,4,5,6,8,9,10,11,12)。

(b) HPMC-FITC0.4030和(c) HPMC-FITC0.4030@NH2-CAO溶液的紫外可见光谱和(d)薄膜的荧光光谱。

图6(a-d) HPMC基荧光膜的紫外可见光谱。

HPMC基荧光膜的TGA (e)和DTG (f)曲线。

图7(a) HPMC基荧光膜的应力应变曲线。

(b-e) HPMC和HPMC-FITC0.4030@NH2-CAO膜生物降解 0天、 3天和7天的SEM图像。

【奇材馆点评】

本论文为我们展示了pH响应的双发射纤维素薄膜，该荧光膜具有良好的柔韧性、高透明度、强的热稳定性和生物降解性，在黑暗环境下能长时间持续发光。实验验证表明通过解决有机染料FITC的聚集荧光猝灭效应，克服有机染料瞬时光致发光的缺陷，为有机无机杂化材料的发展提供了新的途径。HPMC-FITC@NH2-CAO双发射荧光膜的颜色转换和环境响应特性在智能窗户、光致变色面料、防伪材料、pH传感器、智能标签等领域具有广阔的应用前景。

【论文信息】

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