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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)具有廣泛的應用前景，關于可調(diào)控的結(jié)構(gòu)色的研究一直備受關注。

  中國科學院化學研究所趙寧研究員/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來觀察凝膠的三維骨架結(jié)構(gòu)（圖1g）。這種光學手段重構(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)與力學性質(zhì)之間的關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的顏色與溫度的關系。

  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)關系，輔之以視覺顏色變化，實現(xiàn)了定性、定量的溫度感應（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