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  傳統(tǒng)機(jī)械變色光子晶體（MPCs）因其力可調(diào)反射結(jié)構(gòu)色而備受關(guān)注，這類材料通常需要三維非密堆積結(jié)構(gòu)。紹興文理學(xué)院楊東朋副教授與國(guó)科大杭州高等研究院黃少銘教授通過(guò)自組裝 ZnS 顆粒形成單層多晶結(jié)構(gòu)，再用彈性聚氨酯（PU）填充顆粒間隙，制備出一種具有單層密堆積結(jié)構(gòu)、明亮彩虹散射結(jié)構(gòu)色和非常規(guī)機(jī)械變色性能的新型 MPC。ZnS 顆粒與 PU 之間的高折射率差（Δn=0.44）使得正向散射光的衍射效率顯著提升，從而實(shí)現(xiàn)了高飽和散射結(jié)構(gòu)色。該 MPC 展現(xiàn)出獨(dú)特的機(jī)械變色行為：沿拉伸方向顏色紅移，垂直拉伸方向顏色藍(lán)移，這一現(xiàn)象源于其晶體取向相關(guān)的變形機(jī)制。這項(xiàng)工作突破了傳統(tǒng) MPC 對(duì)三維非密堆積結(jié)構(gòu)的依賴，深化了結(jié)構(gòu)與光學(xué)性能關(guān)系的理解，為設(shè)計(jì)先進(jìn)刺激響應(yīng)光子材料提供新思路。

圖4： 機(jī)械變色現(xiàn)象。(A) 沿拉伸方向觀察時(shí)，機(jī)械變色光子晶體（MPC）拉伸引起的顏色變化示意圖及對(duì)應(yīng)的 (B) 照片和 (C) 散射光譜；(D) 垂直于拉伸方向觀察時(shí)，MPC 拉伸引起的顏色變化示意圖及對(duì)應(yīng)的 (E) 照片和 (F) 散射光譜；(G?H) MPC 在原始狀態(tài)和拉伸狀態(tài)下的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像；(I) 散射波長(zhǎng)隨循環(huán)次數(shù)和應(yīng)變的變化關(guān)系。

  綜上所述，本研究通過(guò)將硫化鋅（ZnS）顆粒自組裝成單層密堆積多晶結(jié)構(gòu)，并填充聚氨酯（PU），成功制備了一種具有明亮機(jī)械變色散射結(jié)構(gòu)色的新型 ZnS/PU 機(jī)械變色光子晶體（MPC）。該 MPC 具有以下特性：（1）由于平面晶格對(duì)正向散射光的獨(dú)特衍射作用，呈現(xiàn)出虹彩散射結(jié)構(gòu)色；（2）ZnS 顆粒與 PU 之間的高折射率差（Δn）賦予其高色飽和度；（3）基于多晶結(jié)構(gòu)的變形，表現(xiàn)出雙模態(tài)機(jī)械變色散射結(jié)構(gòu)色 —— 沿拉伸方向顏色紅移，而垂直方向顏色藍(lán)移。該 MPC 通過(guò)呈現(xiàn)多樣的散射顏色，在監(jiān)測(cè)膠帶應(yīng)變方面展現(xiàn)出應(yīng)用潛力。本研究為機(jī)械變色光子晶體的設(shè)計(jì)與制備開(kāi)辟了新途徑，深化了對(duì)散射結(jié)構(gòu)色調(diào)控的基礎(chǔ)認(rèn)知，有望推動(dòng)其在視覺(jué)傳感、低功耗顯示和防偽等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c20910