与传统纸张相比，水可重写的光子纸因其无污染、环保的特点引起了研究者们广泛地关注。然而有报导的基于水凝胶基质溶胀行为，通过调整周期性晶格常数或以软结构乳胶微球作为构建单元通过改变折射率比制备的光子纸水写显色速度较慢，同时凝胶材料对水环境的依赖性在一定程度上限制其潜在的实际应用，因此开发环境适应性好、快速水写显色的光子纸成为当今研究的主流方向。
最近，大连理工大学张淑芬教授团队在《Chemical Engineering Journal》上发表了题为“Water Rewriteable Double-Inverse Opal Photonic Crystal Films with Ultrafast Response Time and Robust Writing Capability”的文章，开发了一种具有超快响应时间和强健水可重写性能的光子晶体膜，并充分展示其在绿色书写过程中的应用前景。
图1. 凝胶杂化双反蛋白石光子晶体膜的制备流程
研究人员通过在双反蛋白石光子晶体 (DIOPC) 膜的反蛋白石聚合物骨架孔内填充丙烯酰胺的乙醇分散液，然后光聚合形成亲水的聚丙烯酰胺 (PAM) 凝胶网络，制备了具有超快响应时间 (~0.8 s) 和强健水可重写 (>500次“写-擦-写”) 性能的凝胶杂化的水可重写DIOPC膜 (图1)。反蛋白石聚合物骨架孔内形成的亲水PAM凝胶网络可以诱导水快速渗透进反蛋白石聚合物骨架的孔内，使得孔内的聚苯乙烯微球在水环境中从随机分布到受液体浮力作用而均匀分布，从而消除散射干扰，产生亮丽的结构色 (图2)。
图2. 凝胶杂化双反蛋白石光子晶体膜的水写显色机制
借助棒涂技术，可以制备相对较大面积 (21 cm×17 cm) 的水可重写DIOPC膜。所设计的凝胶杂化DIOPC膜的水写显色响应速度是目前所报道的水写光子纸中响应速度快、同时拥有优秀的水写循环稳定性 (图3)。基于“墨水”挥发度的不同，可以设计具有时空响应性的彩色图案；通过用不同出水量的水笔书写，可以调控水写结构色的保留时间 (图4)。
图3. 水可重写双反蛋白石光子晶体膜的水写性能
图4. 结构色图案的时空响应性和水写结构色保留时间的可控性
相关成果近日发表在《Chemical Engineering Journal》上，DOI：10.1016/j.cej.2022.135761。论文的通讯作者为大连理工大学张淑芬教授，第一作者为化工学院博士生周常通。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135761
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