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  自然界經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的漫長(zhǎng)進(jìn)化，一些生物如變色龍、霓虹燈魚(yú)等發(fā)展出了可變的體色，能夠通過(guò)調(diào)節(jié)體表的微納結(jié)構(gòu)來(lái)改變身體顏色響應(yīng)外界刺激和環(huán)境變化，從而將自身融入周?chē)h(huán)境實(shí)現(xiàn)隱身的目的。受這些生物的啟發(fā)，科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出了多種方法來(lái)模擬這些獨(dú)特的微納結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)其表界面功能。其中，自組裝技術(shù)由于具有成本低廉、用途廣泛且易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)勢(shì)備受青睞，而能夠通過(guò)自組裝形成周期性有序結(jié)構(gòu)的單分散膠體納米粒子則是構(gòu)建響應(yīng)性仿生光功能材料的理想結(jié)構(gòu)單元。通常情況下，響應(yīng)性光功能材料通過(guò)將特定尺寸的單分散膠體粒子自組裝所成的有序結(jié)構(gòu)包埋進(jìn)響應(yīng)性材料（如響應(yīng)性凝膠、樹(shù)脂或聚合物），或是利用多步合成將響應(yīng)性功能組分（如磁性粒子、彈性體等）直接復(fù)合進(jìn)膠體粒子后再通過(guò)誘導(dǎo)組裝或自組裝所得，但是這兩種方案均存在制備過(guò)程繁瑣等缺點(diǎn)。開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單易行的響應(yīng)性光功能材料的制備方法，對(duì)于新型光學(xué)傳感、顯示或是防偽器件的設(shè)計(jì)與構(gòu)建具有重要的意義。

  近日，東南大學(xué)生物電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室顧忠澤教授課題組開(kāi)發(fā)了一種新型的響應(yīng)性柔性膠體納米粒子，通過(guò)柔性膠體粒子的自組裝，成功制備出了顯示信息可加密且具有優(yōu)異力學(xué)性能的多重響應(yīng)柔性光功能薄膜。這種柔性粒子制備極為簡(jiǎn)便，一步共聚即可獲得粒徑、響應(yīng)性均可控的單分散功能柔性粒子。該粒子具有核殼結(jié)構(gòu)和較低的玻璃化溫度，使得粒子在室溫下能夠發(fā)生部分形變而相互融合，通過(guò)自組裝可形成具有致密六方密堆積結(jié)構(gòu)的柔性薄膜，有效增強(qiáng)了所得柔性薄膜的力學(xué)性能。

圖1.（A）柔性膠體粒子的合成示意圖，（B）單個(gè)柔性粒子的透射電鏡圖，（C、D）柔性粒子自組裝薄膜表面及截面的掃描電鏡圖，（E）柔性粒子形變?nèi)诤系耐干潆婄R圖。

  值得一提的是，由于柔性粒子核與殼之間的相對(duì)折射率差異較小，所得的柔性薄膜在干燥狀態(tài)下呈現(xiàn)無(wú)色透明，但當(dāng)薄膜被水浸潤(rùn)時(shí)，親水的殼層和疏水的核之間出現(xiàn)明顯的折射率差異，從而顯示出明亮的結(jié)構(gòu)色。此外，這種柔性薄膜還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)力以及pH的快速可逆響應(yīng)。

圖2. 柔性粒子自組裝薄膜對(duì)水的響應(yīng)。（A、B）薄膜在干燥和潤(rùn)濕狀態(tài)下的數(shù)碼照片，（C）薄膜干燥過(guò)程中的反射光譜表征；（D）薄膜在干燥-浸潤(rùn)循環(huán)試驗(yàn)過(guò)程中反射峰位置的變化。

圖3. 柔性粒子自組裝薄膜對(duì)應(yīng)力的響應(yīng)。（A）柔性薄膜在未拉伸（左）和拉伸率為1.39（右）狀態(tài)下的數(shù)碼照片，（B）不同拉伸率下薄膜的反射光譜，（C）固定拉伸率為1.39，薄膜在拉伸-釋放循環(huán)試驗(yàn)過(guò)程中反射峰位置的變化。

圖4. 柔性粒子自組裝薄膜對(duì)pH的響應(yīng)。（A）薄膜在不同pH下的數(shù)碼照片，（B、C）薄膜在不同pH下的反射光譜及反射峰位置與pH的關(guān)系，（D）薄膜的pH響應(yīng)機(jī)理示意圖。

  利用不同粒徑、不同響應(yīng)性的柔性粒子作為結(jié)構(gòu)單元，該團(tuán)隊(duì)成功制備出了顯示信息可加密的防偽圖案。這種防偽圖案在干燥情況下能夠隱藏所包含的色彩、圖形等信息，而在遇水或者改變環(huán)境pH時(shí)快速顯示出特定的隱藏信息。同時(shí)，防偽圖案能夠牢固地附著在基底上，具有良好的力學(xué)穩(wěn)定性。該研究工作為新型光學(xué)傳感、防偽和動(dòng)態(tài)顯示器件的設(shè)計(jì)和制備提供了新的思路。

圖5. （A、B）加密防偽圖案在彎折和扭曲狀態(tài)下的數(shù)碼照片，（C）加密圖案在干燥和不同pH條件下展示出不同的隱藏信息。

  這一成果近期以“Multiresponsive Elastic Colloidal Crystals for Reversible Structural Color Patterns”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201902954）上。論文的第一作者為東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院博士生廖俊龍，通訊作者為朱存博士和顧忠澤教授。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFA0700500）、國(guó)家自然科學(xué)基金（21501026、21635001、21327902、51628102）等基金的大力支持。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.201902954