光子晶体是指光学尺度上不同折射率的物质周期性排布的光学材料。与半导体晶格对电子波函数的调制相类似，我们可以通过对光子晶体晶格的设计，达到对光子运动的调控。光子晶体材料的出现，使人们操纵和控制光子的梦想成为可能。一般采用单分散胶体颗粒作为构筑单元，通过“自组装”方式，构筑规整有序的胶体晶体结构，从而实现光子晶体的制备。然而，由于各胶体颗粒之间的相互作用较弱，使得光子晶体易于开裂、组装效率低下，严重阻碍了实际应用。
鉴于此，南京工业大学化工学院、材料化学工程国家重点实验室陈苏教授、朱亮亮教授等人，将功能化的碳点(CDs)原位接枝到聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）(PS@P(MMA-AA))胶体颗粒上。由于CDs表面具有丰富的功能化基团，CDs/PS@P(MMA-AA)胶体乳液在组装过程中形成了一种“网状”的氢键网络提高了胶体颗粒之间的化学作用力，能够抑制胶体颗粒组装过程中由于颗粒收缩产生的应力，因此，所制备的CDs/PS@P(MMA-AA)光子晶体薄膜具有大面积不开裂、明亮的结构色等特点。此外，还通过微流控技术，制备了具有角度不依赖的CDs/PS@P(MMA-AA)光子晶体微珠，用于光学显示、二维码（QR）信息存储和读取等方面。该功能化碳点修饰的胶体颗粒具有优异的组装能力，在光学显示、传感器和防伪涂层等领域具有潜在的应用价值。
1、将功能化碳点原位接枝到胶体颗粒上，增强胶体颗粒组装时相互之间的化学作用力，通过简单的刮涂技术制备了不开裂的、结构色亮丽的光子晶体薄膜，解决了胶体光子晶体成膜困难以及易开裂的问题。
2、此外，利用微流控和磁控技术实现了光子晶体微珠、Janus双功能微珠以及多功能化异质微珠的组装与构筑，并且在信息存储和读取方面显示出了一定的应用前景。
3、采用夹片紫外光固化的方法制备出了具有传感性能的柔性光子凝胶，该光子凝胶具有快速灵敏的机械变色性能和pH响应性能，光学信号可覆盖整个可见光波长。
该研究成果以“Carbon dots promoted photonic crystal for optical information storage and sensing”为题发表在国际重要刊物《Chemical Engineering Journal》(DOI: 10.1016/j.cej.2021.128950)上。南京工业大学博士生解安全为第一作者。
该课题得到了国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划、国家青年基金、江苏省高校优势学科建设工程、材料化学工程国家重点实验室等基金的资助和支持。
图1 碳点功能化的光子晶体在信息存储和传感领域应用的示意图。
图2 CDs/PS@P(MMA-AA)不开裂光子晶体膜
图3 液滴微流控制备CDs/PS@P(MMA-AA)光子晶体微珠
图4 液滴微流控制备Janus双功能微珠和多功能异质微珠及其在二维码信息存储和读取方面的应用。
图5 具有机械变色和pH响应变色性能的光子凝胶的制备。
图6 微流控反应装置图（苏州国纳思新材料科技有限公司提供）。
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S138589472100543X
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