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[交汇点]不开裂、颜色更鲜更纯!碳点功能化光子晶体问世

交汇点讯 光子晶体(PC)是指由不同折光率的物质交替排列而形成的周期性结构,因其特殊的光学特性,光子晶体在光学器件、传感及生物分析等领域显示出独特的应用优势。9亿娱乐官网陈苏教授团队将光子晶体和量子点结合,制备了光子晶体薄膜和微珠,颜色可调、无裂纹、颜色更鲜艳更纯更亮,在涂料、传感、显示、生物编码等领域有着广阔的应用前景。日前,成果发表在化工知名期刊《化学工程杂志》上。

碳点功能化的光子晶体在信息存储和传感领域应用的示意图

碳点功能化的光子晶体在信息存储和传感领域应用的示意图

“目前,胶体光子晶体的制备主要以单分散胶体颗粒作为构筑单元,构筑规整有序的胶体晶体结构。然而,由于各胶体颗粒之间的相互作用较弱,使得光子晶体易于开裂、组装效率低下,严重阻碍了实际应用。”课题组博士生李晴介绍,基于这一难题,陈苏团队成功地将无重金属、环境友好的功能化碳量子点(CDs)接枝到单分散PS@P(MMA-AA)胶体颗粒上,构筑了颜色可调、无裂纹、高饱和结构色的光子晶体薄膜和微珠(即碳点功能化的光子晶体)。

CDs/PS@P(MMA-AA)不开裂光子晶体膜

CDs/PS@P(MMA-AA)不开裂光子晶体膜

“结构色,与树叶、花朵、染料等的颜色显色机理不同。树叶会枯黄,染料会掉色,因为它们是利用化学基团生色的。而甲壳虫、变色龙、孔雀羽毛、蝴蝶翅膀等身体上的颜色却永不褪色,因为它们是利用内部特殊结构使光波折射、衍射等而产生的颜色,是一种稳定的结构色。”李晴解释道。

经功能化碳量子点修饰的单分散胶体颗粒表面有许多羧基、羟基基团,容易形成氢键,在组装过程中氢键之间会相互“吸引”,从而提高了胶体颗粒之间的相互作用力,这样组装出的光子晶体薄膜,结构紧密、高度结晶,不会开裂,结构色的亮度也更亮更鲜艳。这种光子晶体薄膜由于入射角度不同还会产生各种不同颜色,形成“虹彩效应”。

此外,课题组还利用液滴微流控技术,制备出尺寸均一的光子晶体微珠,不仅具有稳定的荧光属性,而且表现出无角度依赖的结构色——因其球状结构,它不会因入射角度不同而产生不同颜色。

利用三相微流控装置,课题组进一步制备了具有光/磁双功能的双面结构微珠,该微珠可在磁性驱动下组装成特定的多信号几何体,可实现光学防伪编码、二维码信息储存和读取应用。

课题组还实现了碳点功能化的光子晶体【CDs/PS@P(MMA-AA)】胶体颗粒在水凝胶网络中的组装,制备出了具有传感性能的光子凝胶,该光子凝胶当被机械拉伸、压缩或在置于不同酸碱条件下,由于内部胶体颗粒的间距变化,其颜色也会随之改变,表现出快速灵敏的机械变色和pH响应变色性能,可用于传感检测领域。

课题组制备的这种碳点功能化光子晶体材料,不仅可以消除光子晶体薄膜制备中的结构缺陷,还可以用作光学信息存储、信息通信、传感检测、显示面板、光子晶体涂料等诸多领域。

通讯员 周伟

新华日报·交汇点记者 谢诗涵

编辑: 蔡姝雯

2021年3月7日《交汇点》:javascript:;

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