随着光子晶体在装饰、传感、信息加密等领域应用的快速发展，对该类材料的响应性能进行预判并建立相应的定量规则变得尤为重要。四川大学化学学院环保型高分子材料国家地方联合工程实验室宋飞教授团队近年来围绕纤维素结构色材料开展研究，发现羟丙基纤维素(HPC)光子晶体具有快速、线性和稳定的温度响应行为，并通过理论模拟和实验结果揭示了HPC的热诱导相分离促结构色转变机制(Chem. Eng. J. 2023, 453, 139835)；在此基础上，该团队通过改变HPC/丙二醇二元共组装体系的组成调节了光子晶体的响应温度范围和颜色转变速率，开发了一种可用于多维信息加密的高安全性光子墨水(Adv. Sci. 2023, 10, 2206290)。为了进一步阐明该体系的温度响应灵敏度调控规律，该团队通过改变共组装相的结构(甲醇、乙醇、正丙醇)和浓度获得了HPC光子晶体的结构色和温度响应灵敏度“数据库”(图1和图2)，并借助溶度参数理论在三维Hansen空间中建立了可表达HPC与共组装相相互作用力强弱的位置距离(Ra)，由此确立了动态结构色变化响应灵敏度与Ra的数学关系(图3)。当前结果显示，该经验规则还适用于以乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、丙酮和乙酸作为共组装相的HPC光子晶体体系。该发现为响应性结构色光子材料的响应灵敏度定制提供了科学借鉴。
图1. HPC/一元醇光子晶体的光学特性和微结构
图2. HPC/一元醇光子晶体的温度响应行为
图3. HPC/一元醇光子晶体的温度响应机理及灵敏度-Ra数学关系
该工作以“A Rule for Response Sensitivity of Structural-Color Photonic Colloids”为题发表在《Nano Letters》上(Nano Lett. 2023, 10.1021/acs.nanolett.3c02671)。论文第一作者为四川大学博士生谭强武，通讯作者为宋飞教授。该工作得到国家自然科学基金联合基金重点项目(U21A2096)和高分子材料工程国家重点实验室项目等的经费支持。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c02671
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