寧波材料所在響應(yīng)性光子晶體水凝膠方面取得進(jìn)展
響應(yīng)性光子晶體實(shí)質(zhì)上是一種能對外界刺激做出反應(yīng)的有序結(jié)構(gòu)材料，它能對外界電場、磁場、溫度、壓/拉力、濕度、PH、生物基團(tuán)等產(chǎn)生響應(yīng)。
它令人印象深刻的原因是可以通過觀察顏色的變化來判斷外界刺激的變化；同時，這種顏色是不會褪色的物理結(jié)構(gòu)色。這使它在顯示、傳感、防偽、裝飾等眾多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
如何構(gòu)建全新的響應(yīng)性光子晶體體系，集成更多的響應(yīng)性能，以及使得結(jié)構(gòu)色能夠長期的穩(wěn)定存在一直是研究的熱點(diǎn)，中科院寧波材料所微納功能材料與應(yīng)用團(tuán)隊立足于各種納米粒子的合成調(diào)控及響應(yīng)機(jī)理研究（如TiO2, SiO2, Fe3O4等），以此為基礎(chǔ)通過多種方法（自組裝、外界誘導(dǎo)等）構(gòu)建了不同的響應(yīng)性光子晶體體系。該團(tuán)隊研究人員結(jié)合TiO2高折射率等優(yōu)點(diǎn)，合成了TiO2和SiO2@TiO2納米粒子，研究了不同顆粒物與不同溶劑的匹配性，實(shí)現(xiàn)了在電場下對結(jié)構(gòu)色的調(diào)控（J. Mater. Chem. C, 2014, 2, 1990）。Fe3O4，Fe3O4@SiO2，Fe3O4@C納米粒子及空心的Fe3O4@C納米粒子成功合成和調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了電場、磁場對結(jié)構(gòu)色在可見光光譜范圍的調(diào)控（RSC. Adv, 2015, 5, 6489; Colloid. Surface. A, 2016, 498,74），且通過實(shí)驗(yàn)條件的控制，可以實(shí)現(xiàn)顯色器件雙面顯示不同結(jié)構(gòu)色的效果，同時發(fā)現(xiàn)了由此造成的反射峰回移現(xiàn)象（J. Alloy. Compd. 2016, 654, 251）。
目前，大多數(shù)顯色器件都是基于由兩片ITO玻璃片形成的三明治結(jié)構(gòu)，然后納米粒子在結(jié)構(gòu)中形成膠體晶有序結(jié)構(gòu)，并施加電磁場實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)色的調(diào)控。很大一個問題就是其穩(wěn)定性較差，不易保存，并且需要在器件中密封溶液，增加了制備過程復(fù)雜性及生產(chǎn)成本，不利于實(shí)際應(yīng)用。因此，器件固態(tài)化，實(shí)現(xiàn)多重刺激調(diào)控成為新的研究熱點(diǎn)。研究組對響應(yīng)性固態(tài)光子水凝膠展開了研究和探索。通過調(diào)整粒子的有序結(jié)構(gòu)，結(jié)合AM、NIPAM等一些智能高分子，制備出可顯示不同結(jié)構(gòu)色的水凝膠，該水凝膠對濕度、溶劑、壓/拉力等具有很好的響應(yīng)功能，結(jié)構(gòu)色可在整個可見光范圍內(nèi)調(diào)控，且循環(huán)性能較好，在環(huán)境的監(jiān)測方面有很好的潛在應(yīng)用（Sensors and Actuators B，2016，236，399）。
上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（11404347，11374311，11574331）、寧波市自然科學(xué)基金（2014A610123）和寧波材料所所長基金的支持。
圖1 Fe3O4@SiO2 Nps懸浮液在電場調(diào)控下的顏色變化圖
圖2 光子晶體水凝膠的溫度/濕度/乙醇響應(yīng)測試
（納米事業(yè)部 孫愛華/唐小兵）