刺激响应型光子晶体能够在外场激励如温度、电场、磁场pH、溶剂和药物等作用下改变光子晶体晶格间距进而改变结构色。在各种刺激源中，非接触式的驱动模式，尤其是近红外光照，在照射过程中具有穿透性强以及热量可调可控等特点，在远程驱动器，精准医疗和免疫治疗等领域具有潜在的应用前景。然而，大面积快速制备实时响应光子晶体器件是解决光子晶体在实际应用中的关键问题。
北京化工大学材料科学与工程学院魏杰教授团队在响应型光子晶体组装方面取得了系列研究进展（Sens. Actuators, B, 2018, 273: 1705-1712; Part.Part. Syst. Charact. 2019, 1900238; Nanotechnology,2019, 30(50): 505706; Dyes and Pigments,2018, 148: 108-117; Macromol. Rapid Commun.2018, 39(20): 1800134.）基于这些前期研究工作，近日该团队通过改变丙烯酸酯类水性涂料薄膜亲水性，将单分散聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）乳胶粒子均匀滚涂在热致变色丙烯酸酯薄膜上（图1a），并自组装形成短程有序蛋白石结构光子晶体（图1b、c），利用乳胶粒子与热致变色薄膜变色前后黑色素-2结构发生开环反应（图1d、e），实现了近红外光可控光子晶体薄膜，并成功构建了可弯曲的NIR响应的光子晶体标签和多色光子晶体柔性实时显示材料。
这种热敏型光子晶体薄膜由于乳胶粒子外层含有大量的羧基，和水性温敏薄膜可以有效结合（图2）。作者通过改变水性温敏薄膜前驱体中水的含量，进一步提升了光子晶体层与温敏薄膜之间的结合力，提高了复合薄膜的耐用性。改性后的温敏型光子晶体薄膜可以进行任意角度的弯曲，同时展现出极好的柔性（进行10,000次对折测试，薄膜结构色几乎没有变化和裂纹）。
温敏薄膜在常温下为灰黑色，吸收了光子晶体薄膜周围多余的散射光，有效提高了光子带隙的相对强度（图3a）；当温度高于临界温度时，温敏薄膜由灰黑色迅速变成半透明的乳白色，与乳胶粒子本体颜色相同，二者由于折射率相近迅速提高了薄膜透明度（图3b、c），结构色在宏观上发生了明显的变化，可用于信息的隐藏域显示。
作者将热敏光子晶体薄膜与含有二进制编码的标签结合（图4），将带有二进制编码的标签与温敏光子晶体薄膜进行复合并弯曲粘接在酒瓶瓶口，成功构建了可弯曲的近红外光响应的光子晶体标签，经过近红外光的定点照射的区域光子带隙强度明显下降，宏观表现为光子晶体薄膜的透明度提高，从光子晶体反射态转化为透明态，显示出二进制码的信息图案，实现信息的可逆读取；照射后的区域在室温下可持续10s左右，之后恢复至光子晶体反射态。
作者进一步利用温敏光子晶体薄膜出色的柔性成功构建出可弯曲的NIR响应多色光子晶体柔性实时显示材料。通过980 nm近红外光的定点照射，照射区域光子带隙强度发生明显的改变，与未照射区域形成肉眼可分辨的区别，实现了非接触式信息的实时写入与擦除，且表现出极高的柔性和耐用性，器件各项光学性能在弯曲前后稳定性良好（图5）。
综上，该研究提出将温敏型变色薄膜与单分散乳胶粒子通过滚涂法快速大面积自组装，形成短程有序蛋白石光子晶体结构复合薄膜的制备方法。设计原理简单易行、薄膜柔性显著提高，对于光子晶体在非接触式的实时信息写入与擦除、防伪设计等方面具有启发作用。
该论文发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》，题为”Controllable Structural Colored Screen forReal-time Display via Near-Infrared Light”，论文第一作者为北京化工大学博士研究生黄超，魏杰教授为通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金（51873009，51573012）和北京自然科学基金（2192042）资助。
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