顆粒在線訊：傳統(tǒng)的顯色技術(shù)通常利用色素來顯色，然而色素具有化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定、對環(huán)境不友好、容易褪色等缺點，導(dǎo)致其應(yīng)用受到限制。相比于色素色，結(jié)構(gòu)色是基于物質(zhì)的周期性微納結(jié)構(gòu)（例如光柵、光子晶體等）對光的調(diào)控實現(xiàn)的，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、環(huán)保、高分辨率等優(yōu)點，在顯示、傳感和防偽等方面具有廣泛應(yīng)用前景。特別是存在于自然界生物體中的復(fù)合周期性微納結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生較好的光學(xué)效果，如混合色、偏振、超白、超黑、動態(tài)結(jié)構(gòu)色等，為制備新型光學(xué)材料提供了思路。因此，研究自然界生物體的微納米結(jié)構(gòu)并結(jié)合人工設(shè)計制備結(jié)構(gòu)色材料具有重要意義。 

　　近年來，在國家自然科學(xué)基金委員會、科技部和中科院的支持下，中國科學(xué)院化學(xué)研究所綠色印刷實驗室研究員宋延林和李明珠對仿生結(jié)構(gòu)色材料開展研究，并取得了系列進(jìn)展。 

　　在動態(tài)結(jié)構(gòu)色方面，科研人員受蜂鳥羽毛的色彩調(diào)控機制啟發(fā)，將剪紙結(jié)構(gòu)的高精度可控形變與光子晶體結(jié)構(gòu)色的角度依賴性相結(jié)合，首次報道了一種快速、精確、可重復(fù)調(diào)控色彩的光子晶體剪紙薄膜材料。該剪紙薄膜材料在外部加載下，可以準(zhǔn)確控制矩形鱗片的彈出角度，并實現(xiàn)全光譜色彩的精確控制，同時可實現(xiàn)10000次以上的疲勞壽命，為動態(tài)結(jié)構(gòu)色顯示、傳感、偽裝等研究提供了新平臺。此外，研究人員從理論上研究了激光切割、剪紙圖案設(shè)計以及薄膜基材的組成對剪紙結(jié)構(gòu)由二維到三維變化的影響，揭示了光子晶體剪紙薄膜發(fā)生面外高精度可控變形的機理。研究人員還利用厚度對翹起角度的控制關(guān)系實現(xiàn)了薄膜圖案化的可編程顯示。該材料在體育行業(yè)、醫(yī)療器械、可穿戴服裝和低能耗彩色顯示器等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景，并為反射式顯示技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用開辟了新途徑。相關(guān)研究成果以封面論文形式發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上，并被選為熱點文章。

　　科研人員還受自然界中蝴蝶翅膀偏振色彩調(diào)控機制的啟發(fā)，提出了利用自組裝和納米壓印技術(shù)制備的具有準(zhǔn)三維光子結(jié)構(gòu)的偏振敏感光子晶體復(fù)合薄膜。常規(guī)的二維光子晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了強角度依賴性的結(jié)構(gòu)色彩，而微淺坑結(jié)構(gòu)則提供了傳統(tǒng)雙層光子晶體薄膜無法實現(xiàn)的偏振結(jié)構(gòu)色。該方法將偏振效應(yīng)和結(jié)構(gòu)色彩集成到光子晶體復(fù)合薄膜中，可用于多維視角和偏振控制的信息加密和防偽。研究人員從理論和實驗上研究了光子晶體復(fù)合薄膜的光學(xué)特性，證明了該復(fù)合結(jié)構(gòu)薄膜具有多種光學(xué)效應(yīng)，包括散射、衍射和偏振。光子晶體復(fù)合薄膜的這些特性使得利用不同的光學(xué)參量（散射、衍射和偏振）實現(xiàn)多通道圖像切換成為可能。該方法對入射光的光學(xué)參數(shù)具有極大的控制自由度，為大容量、高安全性的三維光學(xué)信息加密和防偽開辟了新途徑。此外，雙層光子晶體復(fù)合薄膜（單層密堆積的聚苯二烯微球和周期性陣列微淺坑結(jié)構(gòu)）之間的隨機排列可以作為唯一的指紋。因此，光子晶體復(fù)合薄膜還提供了一種幾乎不可能復(fù)制的全彩色、3D加密和精細(xì)納米結(jié)構(gòu)的新識別方法。該研究成果近日發(fā)表在Advanced Materials上。

圖1.光子晶體剪紙薄膜的制備及其顯示過程

圖2.PCCF的設(shè)計流程與加密成像基本原理