寧波材料所在響應性光子晶體水凝膠研究中取得進展

　　響應性光子晶體實質上是一種能對外界刺激做出反應的有序結構材料，它能對外界電場、磁場、溫度、壓/拉力、濕度、PH、生物基團等產生響應。

　　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構色。這使它在顯示、傳感、防偽、裝飾等眾多領域有廣闊的應用前景。

　　如何構建全新的響應性光子晶體體系，集成更多的響應性能，以及使得結構色能夠長期穩定存在一直是研究的熱點，中國科學院寧波材料技術與工程研究所微納功能材料與應用團隊立足于各種納米粒子的合成調控及響應機理研究（如TiO2, SiO2, Fe3O4等），以此為基礎通過多種方法（自組裝、外界誘導等）構建了不同的響應性光子晶體體系。該團隊研究人員結合TiO2高折射率等優點，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，實現了在電場下對結構色的調控（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控，實現了電場、磁場對結構色在可見光光譜范圍的調控（RSC. Adv, 2015, 5, 6489； Colloid. Surface. A, 2016, 498,74），且通過實驗條件的控制，可以實現顯色器件雙面顯示不同結構色的效果，同時發現了由此造成的反射峰回移現象（J. Alloy. Compd. 2016, 654, 251）。

　　目前，大多數顯色器件都是基于由兩片ITO玻璃片形成的三明治結構，然后納米粒子在結構中形成膠體晶有序結構，并施加電磁場實現結構色的調控。很大一個問題就是其穩定性較差，不易保存，并且需要在器件中密封溶液，增加了制備過程復雜性及生產成本，不利于實際應用。因此，器件固態化，實現多重刺激調控成為新的研究熱點。研究組對響應性固態光子水凝膠展開了研究和探索。通過調整粒子的有序結構，結合AM、NIPAM等一些智能高分子，制備出可顯示不同結構色的水凝膠，該水凝膠對濕度、溶劑、壓/拉力等具有很好的響應功能，結構色可在整個可見光范圍內調控，且循環性能較好，因此有利于實際應用于環境監測（Sensors and Actuators B，2016，236，399）。

　　上述研究工作得到了國家自然科學基金（11404347，11374311，11574331）、寧波市自然科學基金（2014A610123）和寧波材料所所長基金的支持。