光子晶体

Abstract(#br)High quality opal films have been attracting much attention due to their novel properties and applications, such as smart materials with structural color, novel photonic/optical devices and three-dimensional photonic crystals. In this article, the author reported a colloidal crystal consisting of cubic closely packed (ccp) polystyrene particles and filled with polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer. The array of ccp (111) planes diffracts light of selective wavelengths according to Bragg’s law. The PS-PDMS hybrid opal films exhibit dynamic tuning structural colors.

仿生动态结构颜色在动态显示、传感器、密码学和伪装等领域有着巨大的应用潜力。然而，人工结构色器件能够承受数千次循环的情况却相当罕见。雄性蜂鸟的树冠和雏鹅颜色鲜艳，表现为通过皮肤或关节的运动调节羽毛的朝向而诱发的颜色频繁转换。受这种独特结构色彩调制的启发，我们演示了一种基于激光切割制作的光子晶体——( PhC )包复聚二甲基硅氧烷( PDMS )基里格米( PhC- PDMS基里格米)的柔性、机械触发的色彩可切换片。有限元建模( FEM )模拟表明，PDMS基里格米的厚度和激光切割诱导切口处的倒角均通过面内拉伸控制面外变形。受生物启发的PhC-PDMS kirigami显示了精确可编程的结构颜色，循环使用超过1万次后，颜色保持得非常好。这种仿生的PhC - PDMS kirigami也表现出优异的可视性，即使在明亮的阳光下，高可读性，强健的功能性，技术灵活性和机械耐用性，这些都是很容易开发的应用，如用于体育产业或医疗应用的变色机械显示器，可穿戴伪装和安全系统。

近年来，具有周期性有序纳米结构的光子晶体( PCs )作为纺织品结构着色的先进光学材料的潜力引起了人们的极大关注。然而，柔性纺织基板上PCs结构稳定性差，容易受到强大的外力作用，阻碍其大规模应用。本工作选用水性聚氨酯( wPU )增强PCs的结构稳定性。复合PCs ( PCs / wPU )既表现出优异的结构颜色，又显著提高了结构稳定性。封装后的PC产生的结构颜色发现取决于封装剂的性质。高表面张力的wPU主要以透明膜的形式固化在PC表面，保护了PC的整体结构。同时，少量的wPU渗入到PC内部，提供了很强的附着力，保证了纳米球之间的稳定性。反过来，低表面张力的聚二甲基硅氧烷( PDMS )容易渗入PCs内部，形成完全封装的PCs。这就降低了最终PCs / PDMS复合材料相对于原始PCs产生的结构颜色的亮度，这是由于PDMS置换了空气，从而降低了PCs的折射率对比度。采用高表面张力封装剂的支撑固化策略，不仅提高了PCs的结构稳定性，而且几乎不影响PCs的光学性能，便于结构着色在纺织行业的实际应用。