科学视点

无裂纹、颜色高纯亮的光子晶体制备成功

光子晶体是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。11日,记者从南京工业大学获悉,该校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,该成果发表在化工知名期刊《化学工程杂志》上。

科研团队制备的不开裂光子晶体膜,受访者供图

“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接枝到单分散胶体颗粒上,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。

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。

课题组还实现了碳点功能化的光子晶体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。

课题组研究人员介绍,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。


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