纳米纤维素因其优异的物理特性（例如抗拉强度）而成为众多应用领域中塑料的天然替代品。此外，纳米纤维素还具有许多其他有益特性，其中之一就是一系列独特的光学特性和高光学透明度；因此，它已成为制造光学薄膜的有效材料。本文将探讨基于纳米纤维素的光学薄膜及其应用。

纤维素和纳米纤维素

纤维素是一种天然存在的多糖，可包含多达数千个相互连接的D-葡萄糖单体单元。它是一种天然聚合物（假塑性）材料，是植物细胞壁的主要结构成分。

相比之下，纳米纤维素是纤维素的纳米结构形式，可以呈现多种形态。纳米纤维素有三种常见类型：纤维素纳米晶体、微/纳米原纤化纤维素和细菌纳米纤维素。其中，纤维素纳米晶体和原纤化纳米纤维素结构在所有应用中应用最为广泛，尤其是在光学薄膜的生产中。

这两种纳米纤维素的应用更为广泛，因为它们与细菌纳米纤维素相比具有多种有益特性，而且更容易大规模生产。纳米纤维素结构的特性包括：高化学稳定性、触变性、高效的电子和光学特性、高拉伸强度（高达 500 MPa）、高刚度和应变、优异的阻隔性、无毒性以及沉积时（即通过涂层方法）的自组装能力。

光学薄膜应用

众所周知，用纳米纤维素制成的薄膜具有光学透明性（即低光散射）以及许多独特的光学特性，例如虹彩、左旋圆偏振光 (LCP) 的选择性反射以及右旋圆偏振光 (RCP) 的透射。这些特性，加上其高强度和大表面积，使其成为理想的光学薄膜材料，并已应用于各种光学领域。此外，当纳米纤维素自组装成多层、多组分薄膜时，由于自组装过程中纳米纤维素结构取向引起的光学各向异性，（在某些构象下）会表现出双折射。

这里，我们来看几个具体的使用示例。

液晶相光学滤波器

纤维素纳米晶体可以自组装成三层夹层薄膜作为光学滤光片，其中由纳米纤维素组成的层存在于不同的液晶相中。这些制备的薄膜由向列相延迟层组成，该层夹在螺旋状胆甾相反射材料之间。给定的层和纳米纤维素以不同构象反射光的方式模仿了在Plusiotis resplendens甲虫翅膀内发现的偏振不敏感反射器。众所周知，这些类型的光学薄膜具有高反射率，并且可在电磁波谱的可见光和近红外区域进行调节。因此，这些光学滤光片可用于一系列应用，包括用作彩色滤光片、智能布料和太阳能增益调节建筑技术。

铬技术

纤维素纳米晶体还可用于制造柔性、虹彩可控且响应多种刺激的光学薄膜。作为一种复合材料，这些纳米纤维素薄膜具有较高的机械韧性，使其能够用作具有可调结构色的独立式虹彩光子薄膜。它们可用于检测环境变化，例如湿度和机械压缩。响应外部刺激，它们会改变颜色以识别给定环境内的变化。颜色变化也是可逆的，因此它们可以在不同环境中多次使用。人们认为这些光学薄膜可用于比色传感器、防伪技术和装饰涂层。

安全纸

纤维素的另一个潜在应用是将硫化锌-羧甲基纤维素钠复合膜用作一种安全纸，用于光学签名。该复合材料的光学特性，尤其是光学透明度，高度可调，这受复合材料中硫化锌闪锌矿纳米颗粒数量的影响。此类薄膜的光学透明度可在50%到90%之间，具体取决于纤维素基薄膜中纳米颗粒的数量。然而，与许多其他光学应用相比，这方面的研究尚不成熟，在真正实现之前仍需进一步研究。

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