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科学家在PEDOT光子晶体上实现多彩图案的水写和电擦

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光子晶体图案代表了传感,防伪,光学显示器和其他光学器件中的重要应用。光子晶体图案的制备经历了初始的无响应无源光晶图案,其可以响应外场刺激的有源光晶图案和外场控制后的固定图案的图案。通过模板的胶乳基自组装或使用乳胶油墨的喷墨印刷直接获得无响应的光晶图案的制备。响应光子图案是将光学,热,电,磁或溶剂响应材料引入光晶体单元中。制备的图案可以通过结构颜色变化可逆地响应外部刺激,但是一旦特定的外部响应条件被移除,图案将消失。在外场调节的前提下,通过特殊图案制备固定的光晶图案,然后通过光热或特殊的交联固化使图案固化。但是一旦这种模式得到治愈,它就无法受到监管。为了满足不断增加的应用要求,有必要开发一种新的可控晶体图案,其可以根据实际需要保留或擦除,这对于晶体图案和基板的可重复使用性是必不可少的。

近日,中国科学院理化材料与化学研究所仿生材料与界面科学重点实验室江磊团队研究员,兰州大学教授郭金山,实施了水纹和电动擦拭PEDOT光子晶体上的彩色图案。他们通过电聚合制备了聚(3,4-亚乙二氧基噻吩(PEDOT)光子晶体(PEDOT-10-0)(图1),发现制备的PEDOT-IO有四种状态和三种不同的开关形式(图2):第一个开关是从PEDOT-IO-0到PEDOT-IO-I(中性状态)的不可逆恢复过程。第二个开关是PEDOT-IO-I(中性状态)和PEDOT-IO-I之间的可逆电化学过程(氧化态),伴随着离子掺杂/去掺杂带来的可逆带隙(结构颜色变化。第三个开关是水处理PEDOT-IO-I(氧化态)形成PEDOT-IO-II,蓝色由于水诱导的LiClO4分子(Li +和ClO4-离子)去除和周期性结构收缩,引起光子带隙移动(图3)。

通过逆转PEDOT-IO-1(Ox)水诱导的LiClO4分子去除效果,结合PEDOT-IO-I的电化学调制,可以实现可逆的水写/擦除多色晶体图案(图4) )。该研究工作为基于光子晶体的光学材料和器件的制备提供了新思路。

相关的研究结果发表在《先进功能材料》(Adv.Funct.Mater.201,1808473)中关于PEDOT反向蛋白石上的直接水写/电蚀刻图案。

本文第一作者吴平平是兰州大学物理与化学研究所共同培养的硕士生。他目前是化学与化学研究所的博士生。中国科学院化学研究所研究员李永珍,姜克建,北京大学肖伟教授,理化科学研究所蒋磊等人开展了工作。指导和帮助。

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图1. PEDOT-IO-0的制备和PEDOT-IO-I的电化学转换

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图2. PEDOT三个开关的四种状态示意图

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图3.水处理PEDOT-10-I(氧化态)形成PEDOT-10-II

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图4.可逆水写/电擦拭水晶图案

资料来源:中国科学院物理与化学研究所

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