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  自然界經(jīng)過億萬(wàn)年的漫長(zhǎng)進(jìn)化，一些生物如變色龍、霓虹燈魚等發(fā)展出了可變的體色，能夠通過調(diào)節(jié)體表的微納結(jié)構(gòu)來改變身體顏色響應(yīng)外界刺激和環(huán)境變化，從而將自身融入周圍環(huán)境實(shí)現(xiàn)隱身的目的。受這些生物的啟發(fā)，科學(xué)家們開發(fā)出了多種方法來模擬這些獨(dú)特的微納結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)其表界面功能。其中，自組裝技術(shù)由于具有成本低廉、用途廣泛且易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)勢(shì)備受青睞，而能夠通過自組裝形成周期性有序結(jié)構(gòu)的單分散膠體納米粒子則是構(gòu)建響應(yīng)性仿生光功能材料的理想結(jié)構(gòu)單元。通常情況下，響應(yīng)性光功能材料通過將特定尺寸的單分散膠體粒子自組裝所成的有序結(jié)構(gòu)包埋進(jìn)響應(yīng)性材料（如響應(yīng)性凝膠、樹脂或聚合物），或是利用多步合成將響應(yīng)性功能組分（如磁性粒子、彈性體等）直接復(fù)合進(jìn)膠體粒子后再通過誘導(dǎo)組裝或自組裝所得，但是這兩種方案均存在制備過程繁瑣等缺點(diǎn)。開發(fā)簡(jiǎn)單易行的響應(yīng)性光功能材料的制備方法，對(duì)于新型光學(xué)傳感、顯示或是防偽器件的設(shè)計(jì)與構(gòu)建具有重要的意義。

  近日，東南大學(xué)生物電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室顧忠澤教授課題組開發(fā)了一種新型的響應(yīng)性柔性膠體納米粒子，通過柔性膠體粒子的自組裝，成功制備出了顯示信息可加密且具有優(yōu)異力學(xué)性能的多重響應(yīng)柔性光功能薄膜。這種柔性粒子制備極為簡(jiǎn)便，一步共聚即可獲得粒徑、響應(yīng)性均可控的單分散功能柔性粒子。該粒子具有核殼結(jié)構(gòu)和較低的玻璃化溫度，使得粒子在室溫下能夠發(fā)生部分形變而相互融合，通過自組裝可形成具有致密六方密堆積結(jié)構(gòu)的柔性薄膜，有效增強(qiáng)了所得柔性薄膜的力學(xué)性能。

圖1.（A）柔性膠體粒子的合成示意圖，（B）單個(gè)柔性粒子的透射電鏡圖，（C、D）柔性粒子自組裝薄膜表面及截面的掃描電鏡圖，（E）柔性粒子形變?nèi)诤系耐干潆婄R圖。

  值得一提的是，由于柔性粒子核與殼之間的相對(duì)折射率差異較小，所得的柔性薄膜在干燥狀態(tài)下呈現(xiàn)無色透明，但當(dāng)薄膜被水浸潤(rùn)時(shí)，親水的殼層和疏水的核之間出現(xiàn)明顯的折射率差異，從而顯示出明亮的結(jié)構(gòu)色。此外，這種柔性薄膜還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)力以及pH的快速可逆響應(yīng)。

圖2. 柔性粒子自組裝薄膜對(duì)水的響應(yīng)。（A、B）薄膜在干燥和潤(rùn)濕狀態(tài)下的數(shù)碼照片，（C）薄膜干燥過程中的反射光譜表征；（D）薄膜在干燥-浸潤(rùn)循環(huán)試驗(yàn)過程中反射峰位置的變化。

圖3. 柔性粒子自組裝薄膜對(duì)應(yīng)力的響應(yīng)。（A）柔性薄膜在未拉伸（左）和拉伸率為1.39（右）狀態(tài)下的數(shù)碼照片，（B）不同拉伸率下薄膜的反射光譜，（C）固定拉伸率為1.39，薄膜在拉伸-釋放循環(huán)試驗(yàn)過程中反射峰位置的變化。

圖4. 柔性粒子自組裝薄膜對(duì)pH的響應(yīng)。（A）薄膜在不同pH下的數(shù)碼照片，（B、C）薄膜在不同pH下的反射光譜及反射峰位置與pH的關(guān)系，（D）薄膜的pH響應(yīng)機(jī)理示意圖。

  利用不同粒徑、不同響應(yīng)性的柔性粒子作為結(jié)構(gòu)單元，該團(tuán)隊(duì)成功制備出了顯示信息可加密的防偽圖案。這種防偽圖案在干燥情況下能夠隱藏所包含的色彩、圖形等信息，而在遇水或者改變環(huán)境pH時(shí)快速顯示出特定的隱藏信息。同時(shí)，防偽圖案能夠牢固地附著在基底上，具有良好的力學(xué)穩(wěn)定性。該研究工作為新型光學(xué)傳感、防偽和動(dòng)態(tài)顯示器件的設(shè)計(jì)和制備提供了新的思路。

圖5. （A、B）加密防偽圖案在彎折和扭曲狀態(tài)下的數(shù)碼照片，（C）加密圖案在干燥和不同pH條件下展示出不同的隱藏信息。

  這一成果近期以“Multiresponsive Elastic Colloidal Crystals for Reversible Structural Color Patterns”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201902954）上。論文的第一作者為東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院博士生廖俊龍，通訊作者為朱存博士和顧忠澤教授。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFA0700500）、國(guó)家自然科學(xué)基金（21501026、21635001、21327902、51628102）等基金的大力支持。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.201902954