【成果简介】

最近，俞燕蕾教授课题组设计开发了一种新型光响应超分子材料­­——分段调控胆甾相液晶。基于该材料制备的光子晶体具有超宽的颜色调控范围，能够在黑色背景上显示各色图案，甚至在同一个背景上显示不同颜色的图案。研究者别出心裁的将“国粹”麻将图案融入到材料的功能展示过程中，充分体现了科研与生活的完美结合。

【图文导读】 【研究内容】

动物之间常通过颜色变化来传递信号。在感知到外界环境变化时，它们通过改变自身的颜色实现伪装、恐吓、警戒、求偶等行为。响应性光子晶体被认为是模仿变色行为的最佳材料，在外界刺激的诱导下，光子晶体通过改变自身周期结构来调控反射波长，即实现视觉上的颜色变化。然而，现有的体系变色范围有限，使得显示的图案需要牺牲一种颜色作为背景。也就是说，无法显示黑色，还不能真正做到“全彩”，这严重制约了该类材料的应用与发展。 

最近，我系俞燕蕾教授课题组突破上述难关，设计开发了一种新型光响应超分子材料­­——分段调控胆甾相液晶。基于该材料制备的光子晶体具有超宽的颜色调控范围，能够在黑色背景上显示各色图案，甚至在同一个背景上显示不同颜色的图案。研究者别出心裁的将“国粹”麻将图案融入到材料的功能展示过程中，充分体现了科研与生活的完美结合。变色过程分为两步：首先，利用可见光刺激将光子晶体调控到想要的颜色；随后，将刺激光源换成紫外光，再结合各式各样的掩膜版，就能得到“黑底彩图”，操作起来非常简单易行。之所以选择光作为刺激源，俞燕蕾教授表示，光是一种清洁能源，并且在远程、精确、定点控制上具有得天独厚的优势，我们一直致力于“让液晶材料随光起舞”。

显示“黑色”看似简单，实则需要胆甾相液晶的核心成分——手性分子具有很宽的调控范围，反射波长在保证覆盖整个可见光谱的前提下，进一步延伸至近红外光区域。由于近红外光无法被人的眼睛识别，所以显示出黑色背景。为实现这一目标，研究者精心设计了一种新型三稳态手性分子，巧妙的将两种偶氮苯连接在联萘手性中心上。偶氮苯和含氟偶氮苯在紫外光和蓝光的刺激下均分别发生trans-cis和cis-trans异构化反应。但是，当使用绿光作为刺激源时，偶氮苯由cis回复到trans，含氟偶氮苯却由trans异构化为cis。正是由于两种偶氮苯在这三种光刺激下的异构化反应不尽相同，该手性分子可以产生3种稳定构型，为胆甾相液晶提供2个调控波段。3种构型空间结构存在巨大差异，导致螺旋扭曲力的变化非常大（D = 87%），这为拓宽调控范围奠定了基础。

仅需强度为几十毫瓦每平方厘米的可见光刺激，该手性分子就可以在构型I和II之间转变，引起胆甾相液晶材料的反射波长在可见光范围内可逆变化，颜色丰富鲜艳，响应速度快。在紫外光的刺激下，手性分子转变为构型III，反射波长从670 nm红移至2100 nm，在近红外区域拥有宽达1430 nm的调控范围。该材料有望在防伪、彩色电子书、光擦写显示器等领域大展拳脚。

相关研究成果最近以Piecewise Phototuning of Self-Organized Helical Superstructures为题发表于Advanced Materials，文章的第一作者为复旦大学材料科学系博士研究生秦朗，通讯作者为俞燕蕾教授。
 

来源：材料人网