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  藍相液晶是液晶領(lǐng)域中最迷人的自組裝結(jié)構(gòu)之一。由于藍相液晶高度有序的形態(tài)和固有的液晶性能，藍相液晶對外部刺激（如光，溫度和電場）具有超高的響應(yīng)性和可調(diào)諧性，從而可以得到基于藍相材料的可調(diào)諧光學(xué)設(shè)備。另外，藍相液晶也可以被看成是一種三維光子晶體，能反射特定波長的可見光，而目前三維光子晶體存在制備和應(yīng)用等多方面的問題，需要通過開發(fā)新型光子晶體材料來克服這些缺點，藍相液晶作為一種液晶分子自組裝的光子晶體有很大潛力。然而，當(dāng)前大部分藍相液晶材料是保存在液晶盒中的，難以實現(xiàn)自支撐，難以發(fā)揮其結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢。

  針對藍相液晶目前存在的問題，北京科技大學(xué)楊洲教授和中科院理化技術(shù)研究所王京霞研究員的合作團隊通過對藍相液晶自組裝過程的研究，引入可聚合液晶單體和非液晶性單體，制備了藍相液晶光子晶體薄膜材料。

圖1（a）藍相液晶的結(jié)構(gòu)式；（b）藍相液晶光子晶體薄膜的制備示意圖；（c）藍相液晶光子晶體薄膜的照片與反射光譜

  該團隊制備了不同顏色的藍相液晶光子晶體薄膜材料，并對其進行了詳細的表征�？梢钥闯�，所制備的藍相液晶光子晶體薄膜材料不僅能自支撐，而且表現(xiàn)出高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)色。通過TEM進一步表征了材料的微觀結(jié)構(gòu)，TEM照片證明薄膜的結(jié)構(gòu)色源于材料內(nèi)部的液晶分子周期性排列。

圖2 藍相液晶光子晶體薄膜的相關(guān)表征（a）實物照片；（b）偏光顯微鏡照片；（c）TEM照片；（d）反射光譜；（e）Kossel圖

  該團隊進一步研究了藍相液晶光子晶體薄膜在形狀記憶聚合物方面的應(yīng)用。通過形狀記憶編程過程可以使薄膜暫時地形變，形變會導(dǎo)致薄膜內(nèi)部的晶格間距發(fā)生收縮，導(dǎo)致顏色變化，產(chǎn)生圖案。另外，在不同的壓力下對藍相液晶光子晶體膜進行形狀記憶編程后，薄膜會產(chǎn)生不同程度的形變，因而得到不同程度顏色藍移的圖案。該圖案可以在薄膜的玻璃化溫度以下長時間的保持。通過將薄膜加熱到玻璃化溫度以上，薄膜會恢復(fù)到初始的形狀，圖案也隨之消失。

圖3 藍相液晶光子晶體薄膜的（a）永久狀態(tài)、（b）暫時狀態(tài)和（c）恢復(fù)狀態(tài); (d)暫時狀態(tài)下的3D掃描圖；（e）反射光譜

  通過形狀記憶編程過程，可以獲得變色的“BP”圖案，該圖案可以通過形狀記憶恢復(fù)過程被擦除，該形狀記憶過程循環(huán)十次以上樣品的質(zhì)量沒有明顯降低，說明藍相液晶光子晶體膜具有良好的重復(fù)性，可用于光子圖案的循環(huán)制備。

圖4 藍相液晶光子晶體薄膜的（a）永久狀態(tài)（或恢復(fù)狀態(tài)）和（b）臨時狀態(tài)下形成的藍色“BP”圖案的照片。

  這是首次實現(xiàn)基于藍相液晶的形狀記憶聚合物功能，這一結(jié)果不僅豐富了形狀記憶聚合物材料的種類，同時證明了藍相液晶光子晶體膜在響應(yīng)變色材料中有巨大應(yīng)用潛力，有望被應(yīng)用于光學(xué)傳感器、可重寫的光學(xué)器件、可調(diào)諧激光器等方面。

  以上相關(guān)成果分別發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, DOI: 10.1021/acsami.9b14202和J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 9460上。論文的第一作者為北京科技大學(xué)材料學(xué)院博士生楊佳佳，北京科技大學(xué)楊洲教授和中科院理化技術(shù)研究所王京霞研究員為共同通訊作者。

  論文鏈接：

  https://doi.org/10.1021/acsami.9b14202

  https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/tc/c9tc02938a#!divAbstract