理化所光子晶體電浸潤性研究取得新進展

　　光子晶體特有的周期性排列結構產生的獨特光學調控性能使之在傳感、催化、檢測等光學器件方面具有重要應用。而光子晶體表面的特殊浸潤性設計會賦予材料更多優異性能及新應用，比如可有效加速光子晶體的傳感及檢測、可實現具有超強防污的光子晶體光學器件等，因此光子晶體超浸潤性研究得到了廣泛關注。

　　在國家自然科學基金委和中國科學院的大力支持下，中科院理化技術研究所仿生材料與界面科學院重點實驗室的科研人員在具有超浸潤性光子晶體的制備及應用方面取得系列進展。研究人員考察了基底浸潤性對光子晶體組裝單元-乳膠粒的形貌及其分子組裝形式的影響（Adv. Mater. Inter. 2015, 1400365, J. Mater. Chem. C 2015,3,2445）；利用界面特殊的浸潤性調控，實現了具有特殊光功能的花形（Chem. Commun. 2015,51,1367）及面包形(Chem. Commun. 2016,52,3619)的各向異性結構光子晶體制備；結合超親水基材及超疏水模板形成的三明治限域作用，制備得到具有良好光波導行為的光子晶體微陣列（ACS Appl.Interf. 2016,8,4985）；設計具有梯度浸潤性的聚離子液體反蛋白石結構光子晶體，發展了具有單一結構的光子晶體驅動器的制備（Chem.Commun. 2016, 52,5924）。為深入理解光子晶體超浸潤性的特殊作用，研究人員系統總結了具有超浸潤性光子晶體的仿生制備及其應用，從自然界光子晶體的特殊浸潤性所顯示的獨特的性能及作用出發，綜述了超浸潤性光子晶體的構筑思路、制備及應用的相關實例，包括光子晶體超浸潤性賦予材料的傳感、檢測、防污、驅動、油水分離等新應用（Chem. Soc. Rev. 2016,45,6833）。

　　最近，該實驗室科研人員設計制備了一類具有超浸潤性的金屬-有機反蛋白石結構的光子晶體。該光子晶體在電浸潤過程中其形貌從貫通的網絡結構逐漸演變為獨立的空球結構。同時光子晶體的帶隙發生了藍移，浸潤性逐漸減小。光子晶體反結構所呈現的這種特殊形貌演變主要歸因于反結構中金屬離子的不斷溶解及其中聚合物-金屬螯合物的同步重排。該重排過程巧妙實現了原有貫通多孔結構的可控坍塌及有機-金屬螯合物界面組裝形成球形結構。文章通過掃描電鏡、透射電鏡、紅外光譜、x-射線光電子能譜、熱失重分析等詳細考察了形貌演變過程、形變過程中體系的化學組成變化及其形變機理。有意思的是，實驗發現電浸潤過程不僅誘導了有機金屬重排形成新結構，而且重排過程導致了金屬-有機螯合物實現了類單晶形式的組裝。這個單晶形成的過程也通過模型實驗得到驗證。這種電浸潤過程中的獨特的形貌演變可以推廣到由硝酸鉛、硫酸銅、氧化鋅等填充光子晶體模板（由聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯-聚丙烯酸單分散粒子組裝得到）并且去除模板形成的反蛋白石結構光子晶體。其中的金屬離子與形成乳膠粒的聚合物中的羧基能形成一個強的螯合作用，該作用誘導了電浸潤過程中的形貌的演變。最后，文章利用電浸潤引起材料形貌的不可逆變化特點制備了光子晶體圖案。該工作不僅拓展了一類新型的有機-金屬光子晶體的制備，另外文中所展示的通過簡單的電浸潤過程實現形貌的不可逆變化的現象為發展水刻方式制備光子晶體圖案提供了有益的啟發。

　　 該工作發表于《先進功能材料》（Adv. Funct. Mater. 2017,Doi:10.1002/adfm.201605221)，并被選作背封面。