磁响应变色光子晶体结构色凝胶

刺激响应变色材料可将物理或化学刺激转换为易于识别的颜色变化,在显示、开关、传感等领域受到广泛关注。其中,基于光子晶体的响应性变色材料,因具有独特的微结构和光学性能,被认为是最具有前景的刺激响应变色材料之一。响应性光子晶体变色材料可通过其有序结构控制或检测光子,当其有序结构在响应外部刺激发生改变时,光子在其中的传播发生改变,从而实现材料颜色的显著变化。

在响应性光子晶体材料的研究中,利用磁性胶体纳米粒子在静态磁场中迁移、自组装形成的磁响应性光子晶体,因其能对磁场快速响应,同时具有远程调控、外场施加方便等优点,深受研究者的青睐。这种磁诱导自组装而成的磁响应光子晶体可快速响应磁场变化,实现衍射颜色的巨大改变,其发展为刺激响应变色材料的应用提供了新平台。然而,目前磁响应的光子晶体系统主要局限于溶液中的胶体晶体,这种在溶液中磁诱导自组装产生的光子晶体的结构色无法稳定存在,通常采用聚合物或凝胶锁定磁诱导自组装而成的链状光子晶体结构,实现结构色稳定。但由于结构锁定,所得到的磁基光子晶体聚合物或凝胶在静态磁场中不再具有磁响应变色性能。

近期,大连理工大学唐炳涛研究团队基于磁诱导自组装和光固化技术,结合高分子温敏凝胶PNIPAM,将磁性链固定在温敏凝胶基质中,设计构筑了具有1D磁性棒状链结构的磁响应光子晶体结构色凝胶。该研究利用凝胶中磁性粒子的磁热效应使凝胶温度快速升高,引起凝胶体积变化,进而调节磁性链的粒子间距,实现磁基光子晶体结构色凝胶在交变磁场下的磁响应变色调控,开发出了一种新的磁响应变色方法,即在交变磁场刺激下,凝胶的衍射颜色可从黄绿色到蓝色转变。此外,所得磁基光子晶体结构色凝胶在交变磁场中的磁响应变色具有循环稳定性,可重复使用。

此项研究为磁基凝胶的刺激响应变色提供了新思路。相关工作以内封面文章的形式发表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201701093)上,第一作者为大连理工大学精细化工国家重点实验室博士生王文涛。

Speak Your Mind