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  光子晶體圖案在傳感檢測、防偽、光學顯示和其它光學器件等方面體現了重要的應用。光子晶體圖案的制備經歷了最初的非響應性被動式光晶圖案，能響應外場刺激的主動式光晶圖案及經外場調控后固定的圖案三個發(fā)展階段。非響應性光晶圖案的制備是通過乳膠顆�；谀０宓淖越M裝或使用乳膠墨水噴墨打印直接獲得。響應性光晶圖案是在光晶單元中引入光、熱、電、磁或溶劑響應材料。所制備的圖案可以通過結構色變化來可逆地響應外部刺激，但是一旦離開特定的外部響應條件，圖案會隨之消失。固定的光晶圖案是在外場調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固化作用使圖案固化。但圖案一旦固化，就不能調控。為滿足不斷增加的應用需求，需要發(fā)展一種新型可控的光晶圖案，可根據實際需要實現圖案的保留或擦除，這對光晶圖案和基材的可重復使用至關重要。

  最近，中科院理化技術研究所仿生實驗室江雷院士團隊王京霞研究員與蘭州大學郭金山教授合作在PEDOT光子晶體上實現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)現所制備PEDOT-IO具有四種狀態(tài)和三種不同的開關形式（圖2）：第一個開關是從PEDOT-IO-0到PEDOT-IO-I（中性態(tài)）的不可逆的還原過程。第二個開關是PEDOT-IO-I（中性態(tài)）和PEDOT-IO-I（氧化態(tài)）之間的可逆電化學過程，伴隨著由于離子摻雜/脫摻雜引起的可逆帶隙（結構顏色）變化。第三個開關是水處理PEDOT-IO-I（氧化態(tài)）形成PEDOT-IO-II，由于水誘導LiClO₄分子（Li⁺和ClO₄^-離子）的去除和周期性結構收縮，引起光晶帶隙的藍移（圖3）。

圖1. PEDOT-IO-0的制備及PEDOT-IO-I的電化學切換

圖2. PEDOT 的四個狀態(tài)三種開關示意圖

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LiClO₄分子去除效應與PEDOT-IO-I的電化學調制相結合，可以實現可逆的水寫/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

  相關研究結果以 “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聯合培養(yǎng)的碩士研究生，現為理化所博士研究生；中國科學院化學所李永舫院士和蔣克建研究員，北京大學的占肖衛(wèi)教授，及江雷院士對文章的拔高和潤色做了很多指導幫助。感謝國家自然基金的資助（5187322）。

  延伸閱讀：光子晶體超浸潤性賦予具有獨特光學調控性能的光子晶體材料在傳感、檢測、防污、驅動、油水分離等方面的新應用（Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 6833）。理化所仿生材料與界面科學院重點實驗室的江雷院士團隊科研人員在具有超浸潤性光子晶體的制備及應用方面取得系列重要進展。研究人員考察了基底浸潤性對光子晶體組裝單元-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性調控，實現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)的各向異性結構光子晶體制備。結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行為的光子晶體微陣列（ACS Applied. Mater. Interfaces, 2016, 8, 4985）。在此基礎上，他們利用金屬-有機反蛋白石結構在電浸潤情況下的獨特的形貌演變，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的特殊化學組成及閉孔反蛋白石結合引起的親油不浸潤性能，制備耐溶劑的戶外光學涂層(ACS Applied. Mater. Interfaces, 2018, 10, 6701)及防偽圖案(Nanoscale, 2018, 10, 4642)。利用PVDF制備溫度誘導的形狀記憶功能的反蛋白石結構薄膜(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現驅動器件制備(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構中，利用液晶彈性體和光子晶體與溶劑的不同浸潤行為，實現在溶劑中快速卷曲及解卷曲的驅動器件制備（Soft Matt, 2018, 14,5547-5553）, 在此基礎上，綜述了液晶的仿生驅動器件研究進展（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