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  結(jié)構(gòu)色（structural color）是光入射到具有特定微觀結(jié)構(gòu)的物體上時，由光的散射、干涉或衍射作用而產(chǎn)生的顏色。自然界中鳥類的羽毛以及昆蟲的翅膀常常顯示出艷麗多彩的結(jié)構(gòu)色，人造結(jié)構(gòu)色則多由單分散膠體顆粒的規(guī)則排列、表面活性劑的組裝、液晶、或聚合物相分離來呈現(xiàn)。由于無需顏料或外部能量輸入，結(jié)構(gòu)色可以持久、穩(wěn)定地存在。鑒于其在生化傳感、裝飾顯示以及多種智能系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景，關(guān)于可調(diào)控的結(jié)構(gòu)色的研究一直備受關(guān)注。

  中國科學(xué)院化學(xué)研究所趙寧研究員/徐堅研究員課題組通過在橋聯(lián)倍半硅氧烷氣凝膠注入特定折射率的液體，首次呈現(xiàn)了一種對于溫度和注入液體折射率具有雙重響應(yīng)性結(jié)構(gòu)色，這一現(xiàn)象還被用于氣凝膠三維微觀結(jié)構(gòu)的簡易表征。相關(guān)工作“Dual-Tunable Structural Colors from Liquid-Infused Aerogels”發(fā)表在Advanced Optical Materials上，論文第一作者為王真博士。

圖1. （a）示意圖：氣凝膠漫反射光波而呈現(xiàn)不透明白色，浸入液體后呈現(xiàn)半透明結(jié)構(gòu)色；（b-d）氣凝膠的結(jié)構(gòu)表征；（e-g）浸入液體后樣品的表征。

  在浸入苯乙烯后，氣凝膠由白色（圖1b）轉(zhuǎn)變?yōu)榘胪该鞯淖仙▓D1e），其顏色不隨觀察角度而變化（圖1f），表明其顏色來源于光的散射。半透明的樣品可以透過長波長的可見光，從而使得研究人員可以通過共聚焦激光顯微技術(shù)來觀察凝膠的三維骨架結(jié)構(gòu)（圖1g）。這種光學(xué)手段重構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)相對簡便易得，為研究氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)與力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系提供了一種新的解決方案。

圖2. （a）氣凝膠骨架尺寸和折射率隨溫度的變化；（b）浸入液體苯乙烯的折射率隨溫度的變化；（c）不同溫度下，苯乙烯浸入樣品的透過率曲線；（d）樣品最大透過波長及其對應(yīng)的顏色與溫度的關(guān)系。

  浸入苯乙烯后，樣品呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)色隨溫度而可逆變化。其溫度敏感性來自于氣凝膠骨架尺寸、骨架折射率、苯乙烯折射率的影響（圖2a,b）。研究人員建立了最大透過波長與溫度的函數(shù)關(guān)系，輔之以視覺顏色變化，實現(xiàn)了定性、定量的溫度感應(yīng)（圖2c,d）。

圖3. （a,b）浸入不同折射率液體樣品的透過率與顏色；（c）人造凝膠彩虹的照片；（d）樣品顏色在CIE 1931色彩空間中的分布。

  通過改變浸入液體的折射率，樣品同樣可呈現(xiàn)類似的顏色變化（圖3a,b,d）。這也表明浸入液體的折射率是前述溫敏變色的決定性因素。在三塊氣凝膠中注入三種折射率的液體，研究人員還得到了栩栩如生的人造凝膠彩虹。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adom.201901825