科學家在PEDOT光子晶體上實現多彩圖案的水寫和電擦

最新 07-11

光子晶體圖案在感測檢測、防偽、光學顯示和其它光學器件等方面體現了重要的應用。光子晶體圖案的製備經歷了最初的非響應性被動式光晶圖案，能響應外場刺激的主動式光晶圖案及經外場調控後固定的圖案三個發展階段。非響應性光晶圖案的製備是通過乳膠顆粒基於模板的自組裝或使用乳膠墨水噴墨列印直接獲得。響應性光晶圖案是在光晶單元中引入光、熱、電、磁或溶劑響應材料。所製備的圖案可以通過結構色變化來可逆地響應外部刺激，但是一旦離開特定的外部響應條件，圖案會隨之消失。固定的光晶圖案是在外場調控的前提下製備好特殊的圖案，然後通過光熱或特殊的交聯固化作用使圖案固化。但圖案一旦固化，就不能調控。為滿足不斷增加的應用需求，需要發展一種新型可控的光晶圖案，可根據實際需要實現圖案的保留或擦除，這對光晶圖案和基材的可重複使用至關重要。

近期，中國科學院理化技術研究所仿生材料與界面科學重點實驗室江雷團隊研究員王京霞與蘭州大學教授郭金山合作，在PEDOT光子晶體上實現了多彩圖案的水寫和電擦。他們通過電聚合製備聚3，4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）光子晶體（PEDOT-IO-0）（圖1），發現所製備PEDOT-IO具有四種狀態和三種不同的開關形式（圖2）：第一個開關是從PEDOT-IO-0到PEDOT-IO-I（中性態）的不可逆的還原過程。第二個開關是PEDOT-IO-I（中性態）和PEDOT-IO-I（氧化態）之間的可逆電化學過程，伴隨著由於離子摻雜/脫摻雜引起的可逆帶隙（結構顏色）變化。第三個開關是水處理PEDOT-IO-I（氧化態）形成PEDOT-IO-II，由於水誘導LiClO4分子（Li 和ClO4-離子）的去除和周期性結構收縮，引起光晶帶隙的藍移（圖3）。

通過將PEDOT-IO-1(Ox)水誘導LiClO4分子去除效應與PEDOT-IO-I的電化學調製相結合，可以實現可逆的水寫/電擦多色光晶圖案（圖4）。該研究工作為基於光子晶體的光學材料和器件的製備提供新的思路。

相關研究結果以Direct Water-Writing/Electroerasing Pattern on PEDOT Inverse Opals為題發表在《先進功能材料》（Adv. Funct. Mater. 2019, 1808473）。

該文章的第一作者武萍萍為理化所與蘭州大學聯合培養的碩士研究生，現為理化所博士研究生；中科院化學研究所研究員李永舫和蔣克建，北京大學教授占肖衛及理化所江雷對該工作給予了指導和幫助。