Advanced Optical Materials:响应可调的动态力致变色器及其在交互式传感器中的应用

具有瞬时刺激响应,特别是对机械力应变有响应的动态光学器件,因其在未来智能和自适应设备(包括显示屏、智能窗户和传感器等)方面的巨大潜力而备受关注。除了设计新的具有刺激响应性能的分子结构,微纳结构设计也被充分证明了其在制备多种刺激响应的动态光学器件上具有很大的潜力。常规的微纳结构器件往往需要复杂的多步骤制备过程,这对大规模生产来说是一个挑战。此外,其相关刺激响应的模式也较难调节进而限制其应用领域。因此,有必要开发一种易于制备的工艺来实现具有足够灵敏度和可调性的新型刺激响应动态光学器件。

南京工业大学刘祥教授课题组与美国康涅狄格大学Luyi Sun教授课题组合作报道了一种易制备,高灵敏度和模式可调的机械力致变色光学系统设计。他们通过溅射一层金属遮光层到含荧光染料的聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上,制备了一系列双层结构体系。其中,拉伸应变可以调节金属遮光层的裂缝宽度,从而使得紫外光可以激发基底中荧光染料的发光进而产生力致变色效果。此外,通过在制备过程中对PDMS基底预先施加不同的拉伸应变,可以调整金属层裂缝的张开宽度及方向对应变的响应,从而产生不同的力致变色响应模式。通过该策略,研究人员成功制备了三种具有代表性的力致变色响应模式。在紫外光源照射下,样品A随着应变增加,荧光强度越来越大;样品 B随着应变增加,荧光强度先减再增;样品C随着应变增加,荧光强度越来越小。基于这三种模式,研究人员进一步设计并制备了一个具有交互式应变响应的数字显示传感器。该传感器成功实现了不同应变下的瞬时动态应变直观读取,为研发下一代交互式传感器提供了新思路。

研究人员相信通过这种基于金属遮光层/弹性体双层结构的器件将为调节力致变色刺激响应开辟一条崭新的途径,并在智能窗户、交互式光学和应变传感器等各种实际应用中展现巨大的潜力。本文的共同第一作者为南京工业大学硕士生毛泽民(Zemin Mao,2017-2018访学于康涅狄格大学)和康涅狄格大学博士后曾嵩山(Songshan Zeng)。相关论文在线发表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.202001472)上。