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交匯點(diǎn)訊 光子晶體（PC）是指由不同折光率的物質(zhì)交替排列而形成的周期性結(jié)構(gòu)，因其特殊的光學(xué)特性，光子晶體在光學(xué)器件、傳感及生物分析等領(lǐng)域顯示出獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。南京工業(yè)大學(xué)陳蘇教授團(tuán)隊(duì)將光子晶體和量子點(diǎn)結(jié)合，制備了光子晶體薄膜和微珠，顏色可調(diào)、無(wú)裂紋、顏色更鮮艷更純更亮，在涂料、傳感、顯示、生物編碼等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。日前，成果發(fā)表在化工知名期刊《化學(xué)工程雜志》上。

碳點(diǎn)功能化的光子晶體在信息存儲(chǔ)和傳感領(lǐng)域應(yīng)用的示意圖

“目前，膠體光子晶體的制備主要以單分散膠體顆粒作為構(gòu)筑單元，構(gòu)筑規(guī)整有序的膠體晶體結(jié)構(gòu)。然而，由于各膠體顆粒之間的相互作用較弱，使得光子晶體易于開(kāi)裂、組裝效率低下，嚴(yán)重阻礙了實(shí)際應(yīng)用?！闭n題組博士生李晴介紹，基于這一難題，陳蘇團(tuán)隊(duì)成功地將無(wú)重金屬、環(huán)境友好的功能化碳量子點(diǎn)（CDs）接枝到單分散PS@P(MMA-AA)膠體顆粒上，構(gòu)筑了顏色可調(diào)、無(wú)裂紋、高飽和結(jié)構(gòu)色的光子晶體薄膜和微珠（即碳點(diǎn)功能化的光子晶體）。

CDs/PS@P(MMA-AA)不開(kāi)裂光子晶體膜

“結(jié)構(gòu)色，與樹(shù)葉、花朵、染料等的顏色顯色機(jī)理不同。樹(shù)葉會(huì)枯黃，染料會(huì)掉色，因?yàn)樗鼈兪抢没瘜W(xué)基團(tuán)生色的。而甲殼蟲(chóng)、變色龍、孔雀羽毛、蝴蝶翅膀等身體上的顏色卻永不褪色，因?yàn)樗鼈兪抢脙?nèi)部特殊結(jié)構(gòu)使光波折射、衍射等而產(chǎn)生的顏色，是一種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)色?！崩钋缃忉尩?。

經(jīng)功能化碳量子點(diǎn)修飾的單分散膠體顆粒表面有許多羧基、羥基基團(tuán)，容易形成氫鍵，在組裝過(guò)程中氫鍵之間會(huì)相互“吸引”，從而提高了膠體顆粒之間的相互作用力，這樣組裝出的光子晶體薄膜，結(jié)構(gòu)緊密、高度結(jié)晶，不會(huì)開(kāi)裂，結(jié)構(gòu)色的亮度也更亮更鮮艷。這種光子晶體薄膜由于入射角度不同還會(huì)產(chǎn)生各種不同顏色，形成“虹彩效應(yīng)”。

此外，課題組還利用液滴微流控技術(shù)，制備出尺寸均一的光子晶體微珠，不僅具有穩(wěn)定的熒光屬性，而且表現(xiàn)出無(wú)角度依賴(lài)的結(jié)構(gòu)色——因其球狀結(jié)構(gòu)，它不會(huì)因入射角度不同而產(chǎn)生不同顏色。

利用三相微流控裝置，課題組進(jìn)一步制備了具有光/磁雙功能的雙面結(jié)構(gòu)微珠，該微珠可在磁性驅(qū)動(dòng)下組裝成特定的多信號(hào)幾何體，可實(shí)現(xiàn)光學(xué)防偽編碼、二維碼信息儲(chǔ)存和讀取應(yīng)用。

課題組還實(shí)現(xiàn)了碳點(diǎn)功能化的光子晶體【CDs/PS@P(MMA-AA)】膠體顆粒在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中的組裝，制備出了具有傳感性能的光子凝膠，該光子凝膠當(dāng)被機(jī)械拉伸、壓縮或在置于不同酸堿條件下，由于內(nèi)部膠體顆粒的間距變化，其顏色也會(huì)隨之改變，表現(xiàn)出快速靈敏的機(jī)械變色和pH響應(yīng)變色性能，可用于傳感檢測(cè)領(lǐng)域。

課題組制備的這種碳點(diǎn)功能化光子晶體材料，不僅可以消除光子晶體薄膜制備中的結(jié)構(gòu)缺陷，還可以用作光學(xué)信息存儲(chǔ)、信息通信、傳感檢測(cè)、顯示面板、光子晶體涂料等諸多領(lǐng)域。

通訊員 周偉

新華日?qǐng)?bào)·交匯點(diǎn)記者 謝詩(shī)涵

編輯: 蔡姝雯

2021年3月7日《交匯點(diǎn)》：https://jnews.xhby.net/v3/waparticles/7fda002d5708436da67a57947ffc4b06/5wtLXEhPFwheW3Ih/1