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Interdigitated Three-Dimensional Heterogeneous Nanocomposites for High-Performance Mechanochromic Smart Membranes
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2021-11-19 , DOI: 10.1021/acsnano.1c06403 Haomin Chen 1, 2 , Donghwi Cho 1 , Kwonhwan Ko 3 , Caiyan Qin 1 , Minsoo P Kim 4 , Heng Zhang 2 , Jeng-Hun Lee 2 , Eunyoung Kim 2 , Dawon Park 3 , Xi Shen 2 , Jinglei Yang 2 , Hyunhyub Ko 4 , Jung-Wuk Hong 3 , Jang-Kyo Kim 2 , Seokwoo Jeon 1
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2021-11-19 , DOI: 10.1021/acsnano.1c06403 Haomin Chen 1, 2 , Donghwi Cho 1 , Kwonhwan Ko 3 , Caiyan Qin 1 , Minsoo P Kim 4 , Heng Zhang 2 , Jeng-Hun Lee 2 , Eunyoung Kim 2 , Dawon Park 3 , Xi Shen 2 , Jinglei Yang 2 , Hyunhyub Ko 4 , Jung-Wuk Hong 3 , Jang-Kyo Kim 2 , Seokwoo Jeon 1
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Mechanochromic smart membranes capable of optical modulation have great potential in smart windows, artificial skins, and camouflage. However, the realization of high-contrast optical modulation based on light scattering activated at a low strain remains challenging. Here, we present a strategy for designing mechanochromic scattering membranes by introducing a Young’s modulus mismatch between the two interdigitated polydimethylsiloxane phases with weak interfaces in a periodic three-dimensional (3D) structure. The refractive index-matched interfaces of the nanocomposite provide a high optical transparency of 93%. Experimental and computational studies reveal that the 3D heterogeneity facilitates the generation of numerous nanoscale debonds or “nanogaps” at the modulus-mismatching interfaces, enabling incident light scattering under tension. The heterogeneous scatterer delivers both a high transmittance contrast of >50% achieved at 15% strain and a maximum contrast of 82%. When used as a smart window, the membrane demonstrates effective diffusion of transmitting sunlight, leading to moderate indoor illumination by eliminating extremely bright or dark spots. At the other extreme, such a 3D heterogeneous design with strongly bonded interfaces can enhance the coloration sensitivity of mechanophore-dyed nanocomposites. This work presents insights into the design principles of advanced mechanochromic smart membranes.
中文翻译：
用于高性能机械变色智能膜的叉指型三维异质纳米复合材料
能够进行光学调制的机械变色智能膜在智能窗户、人造皮肤和伪装方面具有巨大潜力。然而，基于在低应变下激活的光散射的高对比度光学调制的实现仍然具有挑战性。在这里，我们提出了一种设计机械变色散射膜的策略，方法是在周期性三维 (3D) 结构中具有弱界面的两个叉指型聚二甲基硅氧烷相之间引入杨氏模量不匹配。纳米复合材料的折射率匹配界面提供了 93% 的高光学透明度。实验和计算研究表明，3D 异质性有助于在模量不匹配界面处产生大量纳米级脱粘或“纳米间隙”，从而使入射光在张力下发生散射。异质散射体在 15% 应变下提供 >50% 的高透射率对比度和 82% 的最大对比度。当用作智能窗户时，该膜显示出透射阳光的有效扩散，通过消除极亮或极暗的斑点来实现适度的室内照明。在另一个极端，这种具有强键合界面的 3D 异质设计可以提高机械载体染色纳米复合材料的着色敏感性。这项工作对先进的机械变色智能膜的设计原理提出了见解。通过消除极亮或极暗的点来实现适度的室内照明。在另一个极端，这种具有强键合界面的 3D 异质设计可以提高机械载体染色纳米复合材料的着色敏感性。这项工作对先进的机械变色智能膜的设计原理提出了见解。通过消除极亮或极暗的点来实现适度的室内照明。在另一个极端，这种具有强键合界面的 3D 异质设计可以提高机械载体染色纳米复合材料的着色敏感性。这项工作对先进的机械变色智能膜的设计原理提出了见解。
更新日期：2022-01-25
中文翻译：
用于高性能机械变色智能膜的叉指型三维异质纳米复合材料
能够进行光学调制的机械变色智能膜在智能窗户、人造皮肤和伪装方面具有巨大潜力。然而，基于在低应变下激活的光散射的高对比度光学调制的实现仍然具有挑战性。在这里，我们提出了一种设计机械变色散射膜的策略，方法是在周期性三维 (3D) 结构中具有弱界面的两个叉指型聚二甲基硅氧烷相之间引入杨氏模量不匹配。纳米复合材料的折射率匹配界面提供了 93% 的高光学透明度。实验和计算研究表明，3D 异质性有助于在模量不匹配界面处产生大量纳米级脱粘或“纳米间隙”，从而使入射光在张力下发生散射。异质散射体在 15% 应变下提供 >50% 的高透射率对比度和 82% 的最大对比度。当用作智能窗户时，该膜显示出透射阳光的有效扩散，通过消除极亮或极暗的斑点来实现适度的室内照明。在另一个极端，这种具有强键合界面的 3D 异质设计可以提高机械载体染色纳米复合材料的着色敏感性。这项工作对先进的机械变色智能膜的设计原理提出了见解。通过消除极亮或极暗的点来实现适度的室内照明。在另一个极端，这种具有强键合界面的 3D 异质设计可以提高机械载体染色纳米复合材料的着色敏感性。这项工作对先进的机械变色智能膜的设计原理提出了见解。通过消除极亮或极暗的点来实现适度的室内照明。在另一个极端，这种具有强键合界面的 3D 异质设计可以提高机械载体染色纳米复合材料的着色敏感性。这项工作对先进的机械变色智能膜的设计原理提出了见解。
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