Dual Response of Photonic Films with Chiral Nematic Cellulose Nanocrystals: Humidity and Formaldehyde

甲醛 材料科学 湿度 纤维素 纳米技术 化学工程 纳米晶 液晶 光电子学 有机化学 化学 物理 工程类 热力学
作者
Guomin Zhao,Yin Zhang,Shengcheng Zhai,Junji Sugiyama,Mingzhu Pan,Jingbo Shi,Hongyi Lu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (15): 17833-17844 被引量:92
标识
DOI:10.1021/acsami.0c00591
摘要

Manipulating functional stimuli-responsive materials has been a hot topic in the research of smart sensors and anticounterfeiting encryption. Here, a novel functional chiral nematic cellulose nanocrystal (CNC) film showing dual responsiveness to humidity and formaldehyde gas was fabricated. The chiral nematic CNC iridescent film could respond to environmental humidity and formaldehyde gas changes by reversible motion. Interestingly, the humidity sensitivity of the CNC iridescent film could be gated by exposing the film to formaldehyde gas. At the same time, the formaldehyde-responsive behavior is strongly affected by the relative humidity (RH), and the response range could be tuned by changing the RH over a wide range. Importantly, the formaldehyde-induced color change could be altered from invisible to visible by the naked eye when the film was exposed to a humid environment. The mechanism of this dual response of the CNC iridescent film is ascribed to the synergistic effect of cooperation and competition between water and formaldehyde molecules by constructing physical cross-linking networks by hydrogen bonds among water, formaldehyde, and CNCs. Furthermore, the "RH-concentration of formaldehyde gas-color" ternary colorimetric system was simulated, which is thought to endow the CNC iridescent film with great potential to act as a sensor in the convenient visible detection of gaseous formaldehyde. Furthermore, this work provided a promising strategy to design multi-gas-sensitive devices with convenient detection, good stability, and excellent reversibility.
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