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交匯點訊 光子晶體（PC）是指由不同折光率的物質交替排列而形成的周期性結構，因其特殊的光學特性，光子晶體在光學器件、傳感及生物分析等領域顯示出獨特的應用優勢。南京工業大學陳蘇教授團隊將光子晶體和量子點結合，制備了光子晶體薄膜和微珠，顏色可調、無裂紋、顏色更鮮艷更純更亮，在涂料、傳感、顯示、生物編碼等領域有著廣闊的應用前景。日前，成果發表在化工知名期刊《化學工程雜志》上。

碳點功能化的光子晶體在信息存儲和傳感領域應用的示意圖

“目前，膠體光子晶體的制備主要以單分散膠體顆粒作為構筑單元，構筑規整有序的膠體晶體結構。然而，由于各膠體顆粒之間的相互作用較弱，使得光子晶體易于開裂、組裝效率低下，嚴重阻礙了實際應用。”課題組博士生李晴介紹，基于這一難題，陳蘇團隊成功地將無重金屬、環境友好的功能化碳量子點（CDs）接枝到單分散PS@P(MMA-AA)膠體顆粒上，構筑了顏色可調、無裂紋、高飽和結構色的光子晶體薄膜和微珠（即碳點功能化的光子晶體）。

CDs/PS@P(MMA-AA)不開裂光子晶體膜

“結構色，與樹葉、花朵、染料等的顏色顯色機理不同。樹葉會枯黃，染料會掉色，因為它們是利用化學基團生色的。而甲殼蟲、變色龍、孔雀羽毛、蝴蝶翅膀等身體上的顏色卻永不褪色，因為它們是利用內部特殊結構使光波折射、衍射等而產生的顏色，是一種穩定的結構色。”李晴解釋道。

經功能化碳量子點修飾的單分散膠體顆粒表面有許多羧基、羥基基團，容易形成氫鍵，在組裝過程中氫鍵之間會相互“吸引”，從而提高了膠體顆粒之間的相互作用力，這樣組裝出的光子晶體薄膜，結構緊密、高度結晶，不會開裂，結構色的亮度也更亮更鮮艷。這種光子晶體薄膜由于入射角度不同還會產生各種不同顏色，形成“虹彩效應”。

此外，課題組還利用液滴微流控技術，制備出尺寸均一的光子晶體微珠，不僅具有穩定的熒光屬性，而且表現出無角度依賴的結構色——因其球狀結構，它不會因入射角度不同而產生不同顏色。

利用三相微流控裝置，課題組進一步制備了具有光/磁雙功能的雙面結構微珠，該微珠可在磁性驅動下組裝成特定的多信號幾何體，可實現光學防偽編碼、二維碼信息儲存和讀取應用。

課題組還實現了碳點功能化的光子晶體【CDs/PS@P(MMA-AA)】膠體顆粒在水凝膠網絡中的組裝，制備出了具有傳感性能的光子凝膠，該光子凝膠當被機械拉伸、壓縮或在置于不同酸堿條件下，由于內部膠體顆粒的間距變化，其顏色也會隨之改變，表現出快速靈敏的機械變色和pH響應變色性能，可用于傳感檢測領域。

課題組制備的這種碳點功能化光子晶體材料，不僅可以消除光子晶體薄膜制備中的結構缺陷，還可以用作光學信息存儲、信息通信、傳感檢測、顯示面板、光子晶體涂料等諸多領域。

通訊員 周偉

新華日報·交匯點記者 謝詩涵

編輯: 蔡姝雯

2021年3月7日《交匯點》：https://jnews.xhby.net/v3/waparticles/7fda002d5708436da67a57947ffc4b06/5wtLXEhPFwheW3Ih/1