华中大周华民、王云明团队《ACS AMI》：双结构色可逆光致变色光子晶体器件

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光子晶体提供了独特的光学特性，可以在特定波长范围内彻底控制和操纵光子，目前光子晶体材料的组装方法主要集中在二维薄膜的制备上，大规模的三维光子晶体制造仍然受到机械强度差和微观结构缺陷的限制。同时，目前关于多色光子晶体材料的工作通常是基于光子晶体薄膜与染料和颜料的结合。这些薄膜呈现出染料色和单一结构色，促进了智能装饰和防伪应用，但仍然无法实现双结构色的光子晶体器件。

图 1 双结构色光子晶体器件的制作工艺及防伪应用方案示意图

近日，华中科技大学周华民、王云明团队报道了一种双结构色光子晶体发光器的制作工艺及防伪应用方案（图1），该方案通过可大规模成形的乳液聚合-热压成形-溶剂刻蚀技术路线将掺有光致发光染料的胶体纳米球组装为三维光子晶体器件。熔融分子链和交联纳米微球之间周期性分布的折射率差产生结构色，通过溶剂蚀刻部分去除表面分子链后，折射率差值的变化导致器件表面反射出另一种不同的结构色。通过使用丝网印刷工具和透明遮蔽胶在器件表面印刷图案，蚀刻过程成为了无墨的彩色印刷过程。通过控制光的反射和发射，图案被可逆地显示和加密。这种PC-LE 设备为高级显示、彩色打印和防伪贴纸开辟了一条新途径。图 2 具有双结构色的 PC-LE 器件的不同观察视图及图案化显示应用通过将透明胶水图案化印刷到在该器件表面，结合表面刻蚀实现双结构色，并利用光子晶体实现在紫外光的照射下的信息加密。条形码轮廓区域的电镜图像（图2a 中的插图）显示印刷的微图案达到每英寸420点。因此，PC-LE 器件在高级显示、彩色图案印刷和防伪信息加密方面提供了新颖的光学性能。图 3 多色光子晶体器件及其光学、力学性能。作者进一步研究反射峰对该器件的发光波长及强度的调制机制，并对器件的机械强度进行了表征。文章阐述了器件双结构色与光致变色的特性，证实了器件适用的机械强度，表明热压策略有效地解决了大面积光子晶体器件制造在机械强度和微观结构方面的固有缺陷。图 4. 蚀刻器件的 SEM 图像。该项工作成功制造了具有图案化能力的三维光子晶体发光器件，胶体纳米球的热压制造策略有效地解决了制造大面积三维光子晶体器件在机械强度和微观结构方面的固有缺陷，通过丝网印刷和蚀刻工艺，在器件表面生成彩色微图案（2 cm×2 cm），并通过控制光的反射和发射来动态显示和加密微图案。
相关成果近期以“Reversible Photochromic Photonic Crystal Device with Dual Structural Colors”为标题发表在期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c03771

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