Ultrasensitive Magnetic Tuning of Optical Properties of Films of Cholesteric Cellulose Nanocrystals

材料科学 磁场 磁性纳米粒子 纳米技术 纳米颗粒 纳米晶 微观结构 化学工程 色散(光学) 复合材料 光学 物理 量子力学 工程类
作者
Tianxing Chen,Qinglan Zhao,Xin Meng,Yao Li,Hui Peng,Andrew K. Whittaker,Shenmin Zhu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (8): 9440-9448 被引量:77
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c00506
摘要

Chiral photonic crystals derived from the self-assembly of cellulose nanocrystals (CNCs) have found important applications in optical devices due to the capacity to adjust the chiral nematic phase under external stimulus, in particular an applied magnetic field. To date, strong magnetic fields have been required to induce an optical response in CNC films. In this work, the self-assembly of films of CNCs can be tuned by applying an ultrasmall magnetic field. The CNCs, decorated with Fe3O4 nanoparticles (Fe3O4/CNCs), were dispersed in suspensions of neat CNCs so as to alter the magnetic response of the CNCs. A subsequent process of dispersion not only prevents the clumping of the magnetic nanoparticles but also enhances the sensitivity to an applied magnetic field. A small magnetic field of 7 mT can tune the self-assembly and the microstructure of the CNCs. The pitch of the chiral structure decreased with an increase in applied magnetic field, from 302 to 206 nm, for fields from 7 to 15 mT. This phenomenon is opposite that observed for neat CNCs, in which the pitch is observed to increase with an increase in the external magnetic strength. The optical response under application of an ultrasmall magnetic field could help with theoretical research and enable more applications, such as sensors or nanotemplating agents.
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