紗線內精確組裝光子晶體可實現結構色纖維

據報道，華東師范大學葛建平教授課題組開發了一種噴涂工藝，用于在聚酯（PET）織物的每根紗線內精確組裝膠體光子晶體（PC）。膠體溶液的溶劑具有較高的表面張力和沸點，織物基體具有較低的扭曲角、較大的編織周期和較大的緊密度，有利于形成高質量的PC 改性織物。高度結晶的PC 結構和聚丙烯酸酯（PA）粘合劑制備的PC/PET 織物具有飽和又耐久的顏色。同時，紗線中精確的膠體組合避免了編織孔與裂縫之間的堵塞，其還具有良好的柔軟性和高透氣性。

該噴涂工藝為兩步噴涂工藝。PET 織物由經紗和緯紗以特定的編織方式編織而成，每根紗線由一束直徑幾十微米的纖維組成。因此，織物可以被視為具有層級多孔結構，紗線之間有大裂縫，紗線內部有小間隙。在第一次噴灑SiO2膠體溶液時，PET 織物表面迅速形成一層薄薄的液膜，然后通過毛細管力將有限體積的膠體溶液完全吸收到多孔紗線中。隨著加熱過程中溶劑的蒸發，粒子自發沉淀形成液體膠體PC，隨后轉化為位于纖維之間和紗線內部的固體PC。在之后的PA 粘合劑噴涂中，由于相同的毛細管相互作用，PA 納米顆粒也富集在SiO2顆粒填充的PET 紗線表面。當樣品加熱到玻璃化轉變溫度（Tg）以上，然后冷卻到室溫時，PA 納米顆粒熔化、固化，并包裹PC結構和PET 紗線，最終生成彩色耐用的SiO2-PA/PET 織物。

此外，研究人員還設計了5 種耐用性測試，包括在水中浸泡2 小時、用水沖洗10 分鐘、洗衣45 分鐘、刷洗50 次以及對SiO2/PET 和SiO2-PA/PET 織物進行10分鐘的超聲波處理。溫和的浸泡操作對兩種織物的影響都很小，干燥后織物的結構色保留得很好。當織物被手洗或機洗洗滌時，SiO2/PET 織物在部分區域失去顏色，SiO2-PA/PET 織物的顏色保持不變。當對PC 改性織物進行更猛烈的操作，如刷洗和超聲波處理時，SiO2/PET 上的PC 結構受到嚴重破壞，但SiO2-PA/PET 上的PC 結構仍保留完好。