理化所光子晶體電浸潤性研究取得新進展

　　光子晶體特有的周期性排列結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的獨特光學調(diào)控性能使之在傳感、催化、檢測等光學器件方面具有重要應用。而光子晶體表面的特殊浸潤性設(shè)計會賦予材料更多優(yōu)異性能及新應用，比如可有效加速光子晶體的傳感及檢測、可實現(xiàn)具有超強防污的光子晶體光學器件等，因此光子晶體超浸潤性研究得到了廣泛關(guān)注。

　　在國家自然科學基金委和中國科學院的大力支持下，中科院理化技術(shù)研究所仿生材料與界面科學院重點實驗室的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）；利用界面特殊的浸潤性調(diào)控，實現(xiàn)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(jié)構(gòu)光子晶體制備；結(jié)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 Appl.Interf. 2016,8,4985）；設(shè)計具有梯度浸潤性的聚離子液體反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體，發(fā)展了具有單一結(jié)構(gòu)的光子晶體驅(qū)動器的制備（Chem.Commun. 2016, 52,5924）。為深入理解光子晶體超浸潤性的特殊作用，研究人員系統(tǒng)總結(jié)了具有超浸潤性光子晶體的仿生制備及其應用，從自然界光子晶體的特殊浸潤性所顯示的獨特的性能及作用出發(fā)，綜述了超浸潤性光子晶體的構(gòu)筑思路、制備及應用的相關(guān)實例，包括光子晶體超浸潤性賦予材料的傳感、檢測、防污、驅(qū)動、油水分離等新應用（Chem. Soc. Rev. 2016,45,6833）。

　　最近，該實驗室科研人員設(shè)計制備了一類具有超浸潤性的金屬-有機反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。該光子晶體在電浸潤過程中其形貌從貫通的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)逐漸演變?yōu)楠毩⒌目涨蚪Y(jié)構(gòu)。同時光子晶體的帶隙發(fā)生了藍移，浸潤性逐漸減小。光子晶體反結(jié)構(gòu)所呈現(xiàn)的這種特殊形貌演變主要歸因于反結(jié)構(gòu)中金屬離子的不斷溶解及其中聚合物-金屬螯合物的同步重排。該重排過程巧妙實現(xiàn)了原有貫通多孔結(jié)構(gòu)的可控坍塌及有機-金屬螯合物界面組裝形成球形結(jié)構(gòu)。文章通過掃描電鏡、透射電鏡、紅外光譜、x-射線光電子能譜、熱失重分析等詳細考察了形貌演變過程、形變過程中體系的化學組成變化及其形變機理。有意思的是，實驗發(fā)現(xiàn)電浸潤過程不僅誘導了有機金屬重排形成新結(jié)構(gòu)，而且重排過程導致了金屬-有機螯合物實現(xiàn)了類單晶形式的組裝。這個單晶形成的過程也通過模型實驗得到驗證。這種電浸潤過程中的獨特的形貌演變可以推廣到由硝酸鉛、硫酸銅、氧化鋅等填充光子晶體模板（由聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯-聚丙烯酸單分散粒子組裝得到）并且去除模板形成的反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體。其中的金屬離子與形成乳膠粒的聚合物中的羧基能形成一個強的螯合作用，該作用誘導了電浸潤過程中的形貌的演變。最后，文章利用電浸潤引起材料形貌的不可逆變化特點制備了光子晶體圖案。該工作不僅拓展了一類新型的有機-金屬光子晶體的制備，另外文中所展示的通過簡單的電浸潤過程實現(xiàn)形貌的不可逆變化的現(xiàn)象為發(fā)展水刻方式制備光子晶體圖案提供了有益的啟發(fā)。

　　該工作發(fā)表于《先進功能材料》（Adv. Funct. Mater. 2017,Doi:10.1002/adfm.201605221)，并被選作背封面。

　　電浸潤誘導金屬-有機光子反蛋白石結(jié)構(gòu)形貌變化