與傳統(tǒng)紙張相比，水可重寫的光子紙因其無污染、環(huán)保的特點引起了研究者們廣泛地關(guān)注。然而有報導(dǎo)的基于水凝膠基質(zhì)溶脹行為，通過調(diào)整周期性晶格常數(shù)或以軟結(jié)構(gòu)乳膠微球作為構(gòu)建單元通過改變折射率比制備的光子紙水寫顯色速度較慢，同時凝膠材料對水環(huán)境的依賴性在一定程度上限制其潛在的實際應(yīng)用，因此開發(fā)環(huán)境適應(yīng)性好、快速水寫顯色的光子紙成為當(dāng)今研究的主流方向。
最近，大連理工大學(xué)張淑芬教授團(tuán)隊在《Chemical Engineering Journal》上發(fā)表了題為“Water Rewriteable Double-Inverse Opal Photonic Crystal Films with Ultrafast Response Time and Robust Writing Capability”的文章，開發(fā)了一種具有超快響應(yīng)時間和強(qiáng)健水可重寫性能的光子晶體膜，并充分展示其在綠色書寫過程中的應(yīng)用前景。
圖1. 凝膠雜化雙反蛋白石光子晶體膜的制備流程
研究人員通過在雙反蛋白石光子晶體 (DIOPC) 膜的反蛋白石聚合物骨架孔內(nèi)填充丙烯酰胺的乙醇分散液，然后光聚合形成親水的聚丙烯酰胺 (PAM) 凝膠網(wǎng)絡(luò)，制備了具有超快響應(yīng)時間 (~0.8 s) 和強(qiáng)健水可重寫 (>500次“寫-擦-寫”) 性能的凝膠雜化的水可重寫DIOPC膜 (圖1)。反蛋白石聚合物骨架孔內(nèi)形成的親水PAM凝膠網(wǎng)絡(luò)可以誘導(dǎo)水快速滲透進(jìn)反蛋白石聚合物骨架的孔內(nèi)，使得孔內(nèi)的聚苯乙烯微球在水環(huán)境中從隨機(jī)分布到受液體浮力作用而均勻分布，從而消除散射干擾，產(chǎn)生亮麗的結(jié)構(gòu)色 (圖2)。
圖2. 凝膠雜化雙反蛋白石光子晶體膜的水寫顯色機(jī)制
借助棒涂技術(shù)，可以制備相對較大面積 (21 cm×17 cm) 的水可重寫DIOPC膜。所設(shè)計的凝膠雜化DIOPC膜的水寫顯色響應(yīng)速度是目前所報道的水寫光子紙中響應(yīng)速度快、同時擁有優(yōu)秀的水寫循環(huán)穩(wěn)定性 (圖3)；“墨水”揮發(fā)度的不同，可以設(shè)計具有時空響應(yīng)性的彩色圖案；通過用不同出水量的水筆書寫，可以調(diào)控水寫結(jié)構(gòu)色的保留時間 (圖4)。
圖3. 水可重寫雙反蛋白石光子晶體膜的水寫性能
圖4. 結(jié)構(gòu)色圖案的時空響應(yīng)性和水寫結(jié)構(gòu)色保留時間的可控性
相關(guān)成果近日發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上，DOI：10.1016/j.cej.2022.135761。論文的通訊作者為大連理工大學(xué)張淑芬教授，第一作者為化工學(xué)院博士生周常通。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135761
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