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  光子晶體圖案在傳感檢測(cè)、防偽、光學(xué)顯示和其它光學(xué)器件等方面體現(xiàn)了重要的應(yīng)用。光子晶體圖案的制備經(jīng)歷了最初的非響應(yīng)性被動(dòng)式光晶圖案，能響應(yīng)外場(chǎng)刺激的主動(dòng)式光晶圖案及經(jīng)外場(chǎng)調(diào)控后固定的圖案三個(gè)發(fā)展階段。非響應(yīng)性光晶圖案的制備是通過乳膠顆粒基于模板的自組裝或使用乳膠墨水噴墨打印直接獲得。響應(yīng)性光晶圖案是在光晶單元中引入光、熱、電、磁或溶劑響應(yīng)材料。所制備的圖案可以通過結(jié)構(gòu)色變化來可逆地響應(yīng)外部刺激，但是一旦離開特定的外部響應(yīng)條件，圖案會(huì)隨之消失。固定的光晶圖案是在外場(chǎng)調(diào)控的前提下制備好特殊的圖案，然后通過光熱或特殊的交聯(lián)固化作用使圖案固化。但圖案一旦固化，就不能調(diào)控。為滿足不斷增加的應(yīng)用需求，需要發(fā)展一種新型可控的光晶圖案，可根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)圖案的保留或擦除，這對(duì)光晶圖案和基材的可重復(fù)使用至關(guān)重要。

  最近，中科院理化技術(shù)研究所仿生實(shí)驗(yàn)室江雷院士團(tuán)隊(duì)王京霞研究員與蘭州大學(xué)郭金山教授合作在PEDOT光子晶體上實(shí)現(xiàn)了多彩圖案的水寫和電擦。他們通過電聚合制備聚3，4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）光子晶體（PEDOT-IO-0）（圖1），發(fā)現(xiàn)所制備PEDOT-IO具有四種狀態(tài)和三種不同的開關(guān)形式（圖2）：第一個(gè)開關(guān)是從PEDOT-IO-0到PEDOT-IO-I（中性態(tài)）的不可逆的還原過程。第二個(gè)開關(guān)是PEDOT-IO-I（中性態(tài)）和PEDOT-IO-I（氧化態(tài)）之間的可逆電化學(xué)過程，伴隨著由于離子摻雜/脫摻雜引起的可逆帶隙（結(jié)構(gòu)顏色）變化。第三個(gè)開關(guān)是水處理PEDOT-IO-I（氧化態(tài)）形成PEDOT-IO-II，由于水誘導(dǎo)LiClO₄分子（Li⁺和ClO₄^-離子）的去除和周期性結(jié)構(gòu)收縮，引起光晶帶隙的藍(lán)移（圖3）。

圖1. PEDOT-IO-0的制備及PEDOT-IO-I的電化學(xué)切換

圖2. PEDOT 的四個(gè)狀態(tài)三種開關(guān)示意圖

圖3. 水處理PEDOT-IO-I（氧化態(tài)）形成PEDOT-IO-II

  通過將PEDOT-IO-1(Ox)水誘導(dǎo)LiClO₄分子去除效應(yīng)與PEDOT-IO-I的電化學(xué)調(diào)制相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)可逆的水寫/電擦多色光晶圖案（圖4）。該研究工作為基于光子晶體的光學(xué)材料和器件的制備提供新的思路。

圖4. 光晶圖案的可逆水寫/電擦

  相關(guān)研究結(jié)果以 “Direct Water-Writing/Electroerasing Pattern on PEDOT Inverse Opals”發(fā)表在Adv. Funct. Mater. 2019, 1808473。該文章的第一作者武萍萍為理化所與蘭州大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的碩士研究生，現(xiàn)為理化所博士研究生；中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所李永舫院士和蔣克建研究員，北京大學(xué)的占肖衛(wèi)教授，及江雷院士對(duì)文章的拔高和潤(rùn)色做了很多指導(dǎo)幫助。感謝國(guó)家自然基金的資助（5187322）。

  延伸閱讀：光子晶體超浸潤(rùn)性賦予具有獨(dú)特光學(xué)調(diào)控性能的光子晶體材料在傳感、檢測(cè)、防污、驅(qū)動(dòng)、油水分離等方面的新應(yīng)用（Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 6833）。理化所仿生材料與界面科學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的江雷院士團(tuán)隊(duì)科研人員在具有超浸潤(rùn)性光子晶體的制備及應(yīng)用方面取得系列重要進(jìn)展。研究人員考察了基底浸潤(rùn)性對(duì)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； J. Mater. Chem. C., 2018, 6, 3849）；利用界面特殊的浸潤(rùn)性調(diào)控，實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)光子晶體制備。結(jié)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(dǎo)行為的光子晶體微陣列（ACS Applied. Mater. Interfaces, 2016, 8, 4985）。在此基礎(chǔ)上，他們利用金屬-有機(jī)反蛋白石結(jié)構(gòu)在電浸潤(rùn)情況下的獨(dú)特的形貌演變，發(fā)展為水刻制備光子晶體圖案的新方法(Adv. Funct. Mater., 2017, 1605221)。通過利用硅烷化碳點(diǎn)的特殊化學(xué)組成及閉孔反蛋白石結(jié)合引起的親油不浸潤(rùn)性能，制備耐溶劑的戶外光學(xué)涂層(ACS Applied. Mater. Interfaces, 2018, 10, 6701)及防偽圖案(Nanoscale, 2018, 10, 4642)。利用PVDF制備溫度誘導(dǎo)的形狀記憶功能的反蛋白石結(jié)構(gòu)薄膜(ACS Applied. Mater. Interfaces, 2018, 10, 4243)。制備具有一端親水一端疏水的聚離子液體光子晶體，可利用空氣中微量濕度變化實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器件制備(Chem. Commun., 2016, 52, 5924，ACS Nano, 2018, 12,12149-12158)。 將液晶彈性體引入到光子晶體結(jié)構(gòu)中，利用液晶彈性體和光子晶體與溶劑的不同浸潤(rùn)行為，實(shí)現(xiàn)在溶劑中快速卷曲及解卷曲的驅(qū)動(dòng)器件制備（Soft Matt, 2018, 14,5547-5553）, 在此基礎(chǔ)上，綜述了液晶的仿生驅(qū)動(dòng)器件研究進(jìn)展（J. Mater. Chem. C, 2019, 7,3413-3428）

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201808473

  下載：Direct Water-Writing/Electroerasing Pattern on PEDOT Inverse Opals