與傳統紙張相比，水可重寫的光子紙因其無污染、環保的特點引起了研究者們廣泛地關注。然而有報導的基于水凝膠基質溶脹行為，通過調整周期性晶格常數或以軟結構乳膠微球作為構建單元通過改變折射率比制備的光子紙水寫顯色速度較慢，同時凝膠材料對水環境的依賴性在一定程度上限制其潛在的實際應用，因此開發環境適應性好、快速水寫顯色的光子紙成為當今研究的主流方向。
最近，大連理工大學張淑芬教授團隊在《Chemical Engineering Journal》上發表了題為“Water Rewriteable Double-Inverse Opal Photonic Crystal Films with Ultrafast Response Time and Robust Writing Capability”的文章，開發了一種具有超快響應時間和強健水可重寫性能的光子晶體膜，并充分展示其在綠色書寫過程中的應用前景。
圖1. 凝膠雜化雙反蛋白石光子晶體膜的制備流程
研究人員通過在雙反蛋白石光子晶體 (DIOPC) 膜的反蛋白石聚合物骨架孔內填充丙烯酰胺的乙醇分散液，然后光聚合形成親水的聚丙烯酰胺 (PAM) 凝膠網絡，制備了具有超快響應時間 (~0.8 s) 和強健水可重寫 (>500次“寫-擦-寫”) 性能的凝膠雜化的水可重寫DIOPC膜 (圖1)。反蛋白石聚合物骨架孔內形成的親水PAM凝膠網絡可以誘導水快速滲透進反蛋白石聚合物骨架的孔內，使得孔內的聚苯乙烯微球在水環境中從隨機分布到受液體浮力作用而均勻分布，從而消除散射干擾，產生亮麗的結構色 (圖2)。
圖2. 凝膠雜化雙反蛋白石光子晶體膜的水寫顯色機制
借助棒涂技術，可以制備相對較大面積 (21 cm×17 cm) 的水可重寫DIOPC膜。所設計的凝膠雜化DIOPC膜的水寫顯色響應速度是目前所報道的水寫光子紙中響應速度快、同時擁有優秀的水寫循環穩定性 (圖3)。基于“墨水”揮發度的不同，可以設計具有時空響應性的彩色圖案；通過用不同出水量的水筆書寫，可以調控水寫結構色的保留時間 (圖4)。
圖3. 水可重寫雙反蛋白石光子晶體膜的水寫性能
圖4. 結構色圖案的時空響應性和水寫結構色保留時間的可控性
相關成果近日發表在《Chemical Engineering Journal》上，DOI：10.1016/j.cej.2022.135761。論文的通訊作者為大連理工大學張淑芬教授，第一作者為化工學院博士生周常通。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135761
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