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深圳先進院實現激光程控形狀記憶光子晶體的無墨彩寫與復印

2020-04-08 深圳先進技術研究院
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  近日,中國科學院深圳先進技術研究院納米調控與生物力學研究中心研究員杜學敏團隊實現激光程控形狀記憶光子晶體的無墨彩寫與復印:利用激光即可在光子晶體智能材料上實現無墨彩色直寫和復印功能,有望拓展光子晶體在信息存儲等領域的應用,相關研究結果以Inkless Multi-color writing and copying of laser-programmable photonic crystals 為題發表于材料學期刊Materials Horizons(DOI: 10.1039/D0MH00150C),并被選為后封面。杜學敏是該論文通訊作者,博士王運龍(第一作者)、副研究員趙啟龍為該論文作者,深圳先進院為唯一通訊單位。

  隨著社會飛速發展,辦公用紙耗量驚人,給自然環境帶來沉重負擔。近年來,科學家們嘗試開發出可重復擦寫的新型智能材料,以替代現有辦公用紙。現有可重復擦寫的智能材料主要有兩類:一類是采用染料或色素等這類化學色實現的可重復擦寫材料,但這類顏色往往不穩定,且通常需要墨水書寫;另一類是采用光子晶體這類物理色實現的可重復擦寫,這類顏色是源于周期性的微納結構與光相互作用,因此,顏色不僅非常鮮艷且異常穩定,不會褪色。但基于光子晶體的重復擦寫智能材料仍面臨幾大關鍵挑戰:信息存儲周期有限、可重復擦寫次數較少,且難以同時實現多種顏色。

  針對上述挑戰,杜學敏團隊在前期光子晶體智能材料(Adv. Funct. Mater. 2020, 1909202; Matter 2019, 1, 626; ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 38117J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 3542; J. Mater. Chem. B, 2020, doi.org/10.1039/C9TB02389E)與形狀記憶材料的研究基礎上(Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1801027; J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 24748National Science Review, 2019, doi.org/10.1093/nsr/nwz188; Adv. Mater. Technol., 2019, 4, 1900566),提出了將兩種材料智能特性融合進而實現多功能的全新想法:利用光子晶體實現穩定顏色,而通過形狀記憶高分子材料實現顏色的編程控制與記憶回復。

  研究團隊將光子晶體反蛋白石多孔結構設計到共價交聯的聚苯乙烯/聚丙烯酸正丁酯形狀記憶材料中,得益于聚苯乙烯/聚丙烯酸正丁酯形狀記憶材料較寬的玻璃化轉變溫度(從47~105 ℃),該材料可擁有多個臨時形狀,且均能在室溫穩定維持。采用近紅外光照射(光熱效應),即可實現形狀記憶光子晶體材料臨時形狀在納米尺度上的快速精準回復,由此改變光子晶體晶格間距,從而帶來肉眼可見的顏色變化。而且,通過改變光照時間便可控制形狀回復程度,進而可以程控顏色變化。值得強調的是,利用近紅外激光可在同一張形狀記憶光子晶體薄膜上直寫出多種色彩(紅綠藍等),在反復擦寫50次以上仍保持優異性能;同時,利用激光還可以將A4紙上的黑色圖案彩色復印到形狀記憶光子晶體薄膜上,復印下來的信息可以在室溫下穩定保持超過一年。

  該項研究首次報道了無需墨水、利用激光即可實現多種顏色直寫和復印,有望拓展基于這類智能材料的新型激光彩色打印與復印技術發展,及這類智能材料在信息存儲與生物醫學等領域應用。該研究工作得到國家重點研發計劃(2017YFA0701303)、國家自然基金(21404116)、深圳市(JCYJ20180507182051636, KQJSCX20180330170232019)科技項目等資助。

  論文鏈接

激光程控形狀記憶光子晶體智能材料直寫、復印及重復次數

打印 責任編輯:葉瑞優

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