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中科院化学所赵宁研究员/徐坚研究员课题组:基于液体浸润气凝胶的双重可调控结构色
2020-02-12  来源:高分子科技
关键词:气凝胶 结构色

  结构色(structural color)是光入射到具有特定微观结构的物体上时,由光的散射、干涉或衍射作用而产生的颜色。自然界中鸟类的羽毛以及昆虫的翅膀常常显示出艳丽多彩的结构色,人造结构色则多由单分散胶体颗粒的规则排列、表面活性剂的组装、液晶、或聚合物相分离来呈现。由于无需颜料或外部能量输入,结构色可以持久、稳定地存在。鉴于其在生化传感、装饰显示以及多种智能系统具有广泛的应用前景,关于可调控的结构色的研究一直备受关注。

  中国科学院化学研究所赵宁研究员/徐坚研究员课题组通过在桥联倍半硅氧烷气凝胶注入特定折射率的液体,首次呈现了一种对于温度和注入液体折射率具有双重响应性结构色,这一现象还被用于气凝胶三维微观结构的简易表征。相关工作“Dual-Tunable Structural Colors from Liquid-Infused Aerogels”发表在Advanced Optical Materials上,论文第一作者为王真博士

图1. (a)示意图:气凝胶漫反射光波而呈现不透明白色,浸入液体后呈现半透明结构色;(b-d)气凝胶的结构表征;(e-g)浸入液体后样品的表征。

  在浸入苯乙烯后,气凝胶由白色(图1b)转变为半透明的紫色(图1e),其颜色不随观察角度而变化(图1f),表明其颜色来源于光的散射。半透明的样品可以透过长波长的可见光,从而使得研究人员可以通过共聚焦激光显微大发排列3来观察凝胶的三维骨架结构(图1g)。这种光学手段重构的三维结构相对简便易得,为研究气凝胶骨架结构与力学性质之间的关系提供了一种新的解决方案。

图2. (a)气凝胶骨架尺寸和折射率随温度的变化;(b)浸入液体苯乙烯的折射率随温度的变化;(c)不同温度下,苯乙烯浸入样品的透过率曲线;(d)样品最大透过波长及其对应的颜色与温度的关系。

  浸入苯乙烯后,样品呈现的结构色随温度而可逆变化。其温度敏感性来自于气凝胶骨架尺寸、骨架折射率、苯乙烯折射率的影响(图2a,b)。研究人员建立了最大透过波长与温度的函数关系,辅之以视觉颜色变化,实现了定性、定量的温度感应(图2c,d)。

图3. (a,b)浸入不同折射率液体样品的透过率与颜色;(c)人造凝胶彩虹的照片;(d)样品颜色在CIE 1931色彩空间中的分布。

  通过改变浸入液体的折射率,样品同样可呈现类似的颜色变化(图3a,b,d)。这也表明浸入液体的折射率是前述温敏变色的决定性因素。在三块气凝胶中注入三种折射率的液体,研究人员还得到了栩栩如生的人造凝胶彩虹。

  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adom.201901825

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