面向纳米/微米粒子功能化的粒子工程是发挥粒子纳米效应的关键，在纳米科学和材料科学领域引起了广泛关注。尤其是，利用微流控技术实施微纳粒子间强共价相互作用进而实现其之间建立强大的化学偶联、赋能微纳粒子的功能受到高度广泛兴趣。然而，在功能性胶体光子晶体（Colloidal photonic crystals，CPCs）粒子工程中，共价相互作用尚未被充分探索与实践。因此，探索高效且易于执行的单分散颗粒共价偶联方法仍然是一挑战。
由单分散光子晶体胶体颗粒自组装而成的具有独特光学特性的CPCs已广泛应用于光学显示、防伪加密和传感检测等领域。特别是，对共价相互作用产生的单分散胶体颗粒进行粒子工程对改善CPCs的结构和性能具有积极作用。因此，通过粒子工程促进CPCs的功能化和高质量化及工程的一体化至关重要。尤其更值得关注的是， CPCs可屏蔽红外光展现优越的被动降温性能，对其粒子工程在节能减碳展现出广阔的前景，必将掀起新一轮的研究浪潮。
针对上述科学问题，南京工业大学化工学院、材料化学工程国家重点实验室陈苏教授团队，基于一种易于操作且用途广泛的微流控粒子工程策略，采用微流控微珠组装制备（南京捷纳思新材料有限公司提供）建立了富羧聚苯乙烯-丙烯酸（P（St-AA））单分散胶体颗粒与富胺碳点（carbon dots，CDs）之间的共价偶联新方法。所设计的CDs接枝P（St-AA）CPCs呈现出大规模无裂纹晶格和高可见度结构色，并由此开发出3D CPC微珠水凝胶用于数字编码和被动降温冷却。本工作的主要创新性如下：（1）基于富胺CDs与富羧基P（St-AA）胶体颗粒之间的酰胺化反应产生强共价相互作用力，开发了一种微流控粒子工程化组装方法。（2）CDs接枝P（St-AA）单分散胶体颗粒提供氢键驱动作用力保证了CPCs的大尺度无裂纹晶格结构；同时，CDs作为光散射吸收体，均匀吸收强的非相干散射光，实现CPCs高可见结构色。（3）建立一种几乎全观测角度反射的3D CPC微珠水凝胶，CPCs反射降温冷却和水凝胶蒸发冷却协同作用实现了3.6 °C的温度降，在被动降温领域展现出广阔的前景。（4）CPC超球水凝胶纤维的视觉光学信息、优越的柔韧性和足够的自愈能力保证了视觉识别系统的循环可逆编解码。
该研究成果于近日发表期刊《Chinese Chemical Letters》上（影响因子：9.1）。“Engineering particles towards 3D supraballs-based passive cooling via grafting CDs onto colloidal photonic crystals”(Chinese Chemical Letters (2023) 。南京工业大学硕士研究生吴婕为第一作者。南京工业大学陈苏教授与李国星、于晓晴博士后为共同通讯作者。
该课题得到了国家自然科学重点基金、江苏省重点学科建设项目、材料化学工程国家重点实验室等基金和平台的资助和支持。
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