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绍兴文理杨东朋博士、国科大杭高院黄少铭教授 AFM：具有多刺激变色、颜色可记录、自愈合和粘附性的功能一体化光子晶体

高分子科技 · 公众号 · 化学 · 2024-11-13 12:33

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目前大多数报道的多刺激响应型光子晶体难以解决如下问题： 1 ）在去除刺激后记录结构颜色； 2 ）自修复其机械损伤，特别是切割造成的损伤；以及 3 ）适用于多种场景的粘附性能。为了实现先进的实际应用，制造具有多刺激响应结构色、颜色可记录、自愈合和粘附功能的多功能光子晶体（ MFPC ）是迫切需要的，但仍面临很大的挑战。

为了解决以上问题， 绍兴文理学院杨东朋与中国科学院大学杭州高等研究院黄少铭 报道了一种具有力致色变、热致色变、溶剂致色变、颜色 / 形状可记录、自愈合和粘附性的功能一体化光子晶体。通过结合多刺激响应型结构色和其他功能，该 MFPC 展示了其潜在的新兴应用（包括多层光学滤光片，无墨印刷，可重构彩色图案和基于拉伸的防伪图案）。

该 MFPC 的上述特性归功于胶体颗粒的非密堆积结构与含有 2-[[( 丁基氨基 ) 羰基 ] 氧基 ] 丙烯酸乙酯（ BCOEA ）和微量聚乙二醇二丙烯酸酯（ PEGDA ）交联剂的聚合物网络合理结合。聚合物网络具有大量牺牲氢键、温度相关的折射率、可溶胀、可变形及低玻璃化温度特性。 MFPCs 的多刺激响应型结构色使其能够在视觉和光谱上感知应变、压力、温度以及 32 种（包括同系物和同分异构体）物理性质相似的溶剂。此外， MFPC 具有快速自愈合性能和极强的粘附性。

图 1 ： MFPC 的结构、功能和应用示意图。

图 2 ： MFPC 的制备与表征。

图 3 ： MFPC 的热致色变功能。（宽温度响应范围： 20-140 ℃ ；高灵敏度： 0.36%/℃ ；快速响应速度： 3.08%/s ；良好可逆性＞ 30 次）

图 4 ： MFPC 的溶剂致色变功能。

图 5 ： MFPC 用于溶剂检测。（精确区分 32 种物理性质相似的溶剂）

图 6 ： MFPC 的力致色变功能。（宽波长调谐范围： 124 nm ；高灵敏度： 1.64 nm/kPa 、 4.58 nm/% ；快速响应速度： 0.84 nm/ms ；良好可逆性＞ 20 次）

图 7 ： MFPC 的颜色 / 形状可记录功能。（宽拉伸应变范围： 0-78% ；宽波长调谐范围： 136 nm ；高灵敏度： 1.74 nm/% ）

图 8 ： MFPC 的粘附功能。（高剥离强度： 1722 ± 436 N/m ）

图 9 ： MFPC 用于多层滤光片。

图 10 ： MFPC 的自愈合功能及其用于无墨印刷和防伪图案。（高愈合效率： 43% ；极短愈合时间： 1h ）

综上所述，将非密堆积的二氧化硅颗粒掺入 BCOEA 和 PEGDA 的混合物中，然后进行紫外光聚合，制备出一种具有热致变色、溶剂致变色、机械致变色、形状 / 颜色可记录、自愈合和粘附性能的新型功能一体化光子晶体。这些特性源于胶体颗粒的非紧密堆积结构与具有大量牺牲氢键、温度相关的折射率、可溶胀、可变形及低玻璃化温度特性的 BCOEA 聚合物网络的合理结合。本研究提供了一种强大而高效的方法来制 MFPC ，并将推动其在印刷，显示，传感，防伪，柔性电子，光学器件等各个领域的应用。

文章以 All-in-one photonic crystals with multi-stimuli-chromic, color-recordable, self-healable, and adhesive functions 为题发表在 Advanced Functional Materials 上。文章第一作者为硕士生 余思毅 ，通讯作者为绍兴文理学院 杨东朋 博士和国科大杭州高等研究院 黄少铭 教授。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202411670

绍兴文理杨东朋博士、国科大杭高院黄少铭教授 AFM：具有多刺激变色、颜色可记录、自愈合和粘附性的功能一体化光子晶体

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