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“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裂、組裝效率低下，嚴重阻礙了實際應(yīng)用。”課題組博士生李晴介紹，基于這一難題，陳蘇團隊成功地將無重金屬、環(huán)境友好的功能化碳量子點(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)、無裂紋、高飽和結(jié)構(gòu)色的光子晶體薄膜和微珠(即碳點功能化的光子晶體)。
“結(jié)構(gòu)色，與樹葉、花朵、染料等的顏色顯色機理不同。樹葉會枯黃，染料會掉色，因為它們是利用化學(xué)基團生色的。而甲殼蟲、變色龍、孔雀羽毛、蝴蝶翅膀等身體上的顏色卻永不褪色，因為它們是利用內(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。”李晴解釋道。
經(jīng)功能化碳量子點修飾的單分散膠體顆粒表面有許多羧基、羥基基團，容易形成氫鍵，在組裝過程中氫鍵之間會相互“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，不會開裂，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)出無角度依賴的結(jié)構(gòu)色——因其球狀結(jié)構(gòu)，它不會因入射角度不同而產(chǎn)生不同顏色。
課題組還進一步利用三相微流控裝置，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)動下組裝成特定的多信號幾何體，可實現(xiàn)光學(xué)防偽編碼、二維碼信息儲存和讀取應(yīng)用。
課題組還實現(xiàn)了碳點功能化的光子晶體【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，該光子凝膠當被機械拉伸、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，其顏色也會隨之改變，表現(xiàn)出快速靈敏的機械變色和pH響應(yīng)變色性能，可用于傳感檢測領(lǐng)域。
課題組制備的這種碳點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、信息通信、傳感檢測、顯示面板、光子晶體涂料等諸多領(lǐng)域。
