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  光子晶體超浸潤性賦予具有獨特光學調(diào)控性能的光子晶體材料在傳感、檢測、防污、驅(qū)動、油水分離等方面的新應用（Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 6833）。

  在國家自然科學基金委和中國科學院的大力支持下，理化所仿生材料與界面科學院重點實驗室的江雷院士團隊科研人員在具有超浸潤性光子晶體的制備及應用方面取得系列重要進展。研究人員考察了基底浸潤性對光子晶體組裝單元-乳膠粒的形貌及其分子組裝形式的影響（Adv. Mater. Inter., 2015, 1400365； J. Mater. Chem. C, 2015, 3 ,2445； J. Mater. Chem. C., 2018, 6, 3849）；利用界面特殊的浸潤性調(diào)控，實現(xiàn)了具有特殊光功能的花形（Chem. Commun., 2015, 51 ,1367）及面包形(Chem. Commun., 2016, 52, 3619)的各向異性結構光子晶體制備。結合超親水基材及超疏水模板形成的三明治限域作用，制備得到具有良好光波導行為的光子晶體微陣列（ACS Applied. Mater. Interfaces, 2016, 8, 4985）。在此基礎上，他們通過調(diào)控所制備光子晶體的浸潤性，拓展了所制備光子晶體的新應用。利用金屬-有機反蛋白石結構在電浸潤情況下的獨特的形貌演變，發(fā)展為水刻制備光子晶體圖案的新方法(Adv. Funct. Mater., 2017, 1605221)。通過利用硅烷化碳點的特殊化學組成及閉孔反蛋白石結合引起的親油不浸潤性能，制備耐溶劑的戶外光學涂層(ACS Applied. Mater. Interfaces, 2018, 10, 6701)及防偽圖案(Nanoscale, 2018, 10, 4642)。利用PVDF制備溫度誘導的形狀記憶功能的反蛋白石結構薄膜(ACS Applied. Mater. Interfaces, 2018, 10, 4243)。

  驅(qū)動材料因能用于智能機器人，微型生物動態(tài)監(jiān)測等領域而廣泛關注。自然界中比如小麥，松果等很多植物種子的脫落過程就是受濕度變化誘導不均質(zhì)的體積變化引起。傳統(tǒng)驅(qū)動材料多是將驅(qū)動層和支撐層連接在一起，基于驅(qū)動層在外界作用下的體積變化引起驅(qū)動。但雙層材料驅(qū)動器因其雙層結構間粘附力差在多次驅(qū)動過程中易分離等問題很難多次重復使用，為解決該問題，單一化學組成梯度型驅(qū)動材料應運而生。 在他們以前的工作中，利用所制備的單一材料聚離子液體反蛋白石光子晶體，基于其從表面朝內(nèi)部的梯度的溶劑去浸潤過程實現(xiàn)了驅(qū)動現(xiàn)象，光子晶體膜發(fā)生卷曲 （Chem. Commun., 2016, 52, 5924）。但所制備的光子晶體驅(qū)動性能很差，很難滿足應用需求。隨后通過將液晶單體過度滲透到膠體晶體模板中并隨后進行光聚合，制備了具有連續(xù)彎曲/去彎曲行為的溶劑響應驅(qū)動器(Soft Matter, 2018, 14, 5547)。

  最近，中科院理化技術研究所江雷院士團隊王京霞研究員與湖南師范大學陳波教授合作發(fā)展了通過梯度填充法制備了一種Janus 型聚（離子液體-甲基丙烯酸甲酯）共聚物反蛋白石光子晶體膜（圖1），該膜上表面聚集親水的聚離子液體，呈親水性， 而下表面富集疏水的聚甲基丙烯酸甲酯，呈疏水性。所制備樣品兩面的不同性能主要是由于光照聚合過程中離子液體和甲基丙烯酸甲酯不同的聚合行為而造成的相分離，導致其化學組成沿薄膜厚度方向的梯度分布。所制備薄膜的Janus 性使之遇水蒸氣后具有明顯的定向彎曲行為，在4 s內(nèi)彎曲角度接近1440°，并伴有亮麗的結構色變化。

圖1. 所制備的Janus 型光子晶體膜

  薄膜的驅(qū)動行為可以通過薄膜的化學組成、孔洞大小及溶劑種類來調(diào)節(jié)。他們通過COMSOL模擬了樣品的定向驅(qū)動性能，并利用單個薄膜吸水后的驅(qū)動行為實現(xiàn)了單根機械軸的運動（圖2）。

圖2. 所制備的Janus 光子晶體膜驅(qū)動過程中結構色的變化及驅(qū)動過程可以牽引機械軸運動

  該研究工作為發(fā)展新型光子晶體的光學器件提供借鑒。相關研究結果發(fā)表在（ACS Nano, 2018, DOI 10.1021/acsnano.8b05758）。該文章的第一作者張大杰為理化所與湖南師大聯(lián)合培養(yǎng)的碩士研究生；共同一作劉捷為理化所的碩士研究生。北京航空航天大學的趙勇教授，日本中央大學Tomiki Ikeda教授及江雷老師對文章的拔高和潤色做了很多指導幫助。文章中所采用的機械軸是江雷老師團隊徐國棟高工設計制備。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021%2Facsnano.8b05758