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广工杨东朋/黄少铭教授团队 Mater. Horiz.综述:刺激响应非密堆积结构光子晶体的制备及应用
2023-08-09  来源:高分子科技

  在五彩斑斓的自然界中广泛存在基于非密堆积光子晶体(NPCs)的周期性结构对可见光的选择性反射的结构色。例如:大蓝闪蝶翅膀的鳞片上由几丁质组成的层状一维(1D)结构对光的衍射,显示出明亮的蓝色。由非密堆积二维(2D)阵列组成的防雾蚊眼具有醒目的绿色。变色龙通过表皮虹膜细胞中鸟嘌呤纳米晶体的周期性非密堆积三维(3D)结构产生颜色。更有趣的是,它可以通过拉伸皮肤来改变相邻鸟嘌呤纳米晶之间的距离,从而调节皮肤颜色。受生物的非密堆积有序结构启发,科研工作者设计了大量的人工刺激响应NPCsNPCs具有独特的光子带隙(PBG)、角度相关结构色、慢光子效应、荧光增强等。这些独特的光学特性使NPCs在多色显示器、印刷、传感器,太阳能电池,颜料,防伪和光学器件中显示出潜在应用。


1 文章摘要图


  近日,广东工业大学材料与能源学院杨东朋/黄少铭教授团队从刺激响应光子晶体非密堆积结构的角度,结合该团队的前期工作,全面综述了刺激响应非密堆积光子晶体制备,结构,功能和应用的研究进展。文章主要分为四个部分。第一部分梳理了1D/2D/3D NPCs的结构和设计原理;在第二部分中,根据对不同外界刺激的响应,分别探讨了力致变色,热致变色,电致变色和化学致变色NPCs结构和性能的关系。第三部分整理了具有刺激响应功能的NPCs在高灵敏传感器,高分辨印刷技术,高级防伪,多色显示以及光学设备方面的应用探索。最后,在第四部分,阐述了刺激响应NPCs的瓶颈问题、发展方向、应用前景以及面临的挑战。


图2 仿生1D/2D/3D NPCs


图 3 NPC传感器


图 4 基于NPC的多色高分辨2D/3D印刷技术


图 5 NPC的高级防伪应用


图 6 基于电、磁、力、热响应NPCs的显示应用


  总之,发展简单高效的NPCs的制备策略,设计新型刺激响应功能,提高刺激响应NPCs性能,有助于提升NPCs在传感器,印刷,防伪,显示方面的实用价值并拓展其新的应用。该工作以 “Stimulus-Responsive Nonclose-Packed Photonic Crystals: Fabrications and Applications”为题发表于Materials Horizons,广东工业大学博士生研究生胡洋为文章的第一作者,通讯作者为广东工业大学材料与能源学院杨东朋博士黄少铭教授该工作得到了国家自然科学基金和广东省自然科学基金的支持。


  原文链接:https://doi.org/10.1039/D3MH00877K


作者简介


杨东朋,博士,广东工业大学材料与能源学院青年百人(A)讲师。长期从事光子晶体的组装及其在印刷、传感、防伪和光催化增强等应用,在J. Am. Chem. Soc., Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Mater. Horiz., CEJ, Adv. Optical Mater., ACS Appl. Mater. Interface, J. Mater. Chem. C., Chem. Commun., Nanoscale, Langmuir, J Phys. Chem. C等国际学术期刊发表SCI论文50篇,获得授权国家发明专利1项。成果多次被Nature, ACS, APS作为研究亮点,并被JMCC, PCCP, AMI, ACS Omega等期刊选为封面。受邀为Materials Advances期刊撰写胶体组装方面的综述性文章。



黄少铭 教授,博导,国家杰出青年基金获得者。1991年获南开大学博士学位。1991-1993 南京大学博士后,出站后留任南京大学副教授。1996-2005先后在英国Sussex大学、澳大利亚联邦科学与工业研究院(CSIRO) 和美国Duke大学从事研究。20053月回国任南京大学教授、博导。2005.9-2018.12任职温州大学,2019.02月起任职广东工业大学。担任广州市低维材料与储能器件重点实验室主任,校学术与学位委员会委员及分委员会主任。长期致力于低维材料及器件应用研究。在纳米结构碳材料及储能器件应用基础研究方面取得了一系列具有国际影响的成果。1999年以来已在国际学术刊物上发表380篇余论文包括Nat. Mater., Nat. Commun., JACS., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Phys. Rev. Lett.等,被引用近2万次, H指数70,入选科睿唯安全球高被引科学家。申请专利90多项。先后完成和承担包括科技部973863项目、国家杰出青年基金、国家自然科学基金委国际合作研究重点项目、面上项目及省部级重点项目等十多项,获省部级奖3项。是国家基金委、自然科学奖、科技部、教育部等会评专家。

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