光子晶體圖案在傳感檢測(cè)、防偽、光學(xué)顯示和其它光學(xué)器件等方面體現(xiàn)了重要的應(yīng)用。光子晶體圖案的制備經(jīng)歷了最初的非響應(yīng)性被動(dòng)式光晶圖案，能響應(yīng)外場(chǎng)刺激的主動(dòng)式光晶圖案及經(jīng)外場(chǎng)調(diào)控后固定的圖案三個(gè)發(fā)展階段。非響應(yīng)性光晶圖案的制備是通過(guò)乳膠顆粒基于模板的自組裝或使用乳膠墨水噴墨打印直接獲得。響應(yīng)性光晶圖案是在光晶單元中引入光、熱、電、磁或溶劑響應(yīng)材料。所制備的圖案可以通過(guò)結(jié)構(gòu)色變化來(lái)可逆地響應(yīng)外部刺激，但是一旦離開(kāi)特定的外部響應(yīng)條件，圖案會(huì)隨之消失。固定的光晶圖案是在外場(chǎng)調(diào)控的前提下制備好特殊的圖案，然后通過(guò)光熱或特殊的交聯(lián)固化作用使圖案固化。但圖案一旦固化，就不能調(diào)控。為滿足不斷增加的應(yīng)用需求，需要發(fā)展一種新型可控的光晶圖案，可根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)圖案的保留或擦除，這對(duì)光晶圖案和基材的可重復(fù)使用至關(guān)重要。
近期，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所仿生材料與界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江雷團(tuán)隊(duì)研究員王京霞與蘭州大學(xué)教授郭金山合作，在PEDOT光子晶體上實(shí)現(xiàn)了多彩圖案的水寫(xiě)和電擦。他們通過(guò)電聚合制備聚3，4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）光子晶體（PEDOT-IO-0）（圖1），發(fā)現(xiàn)所制備PEDOT-IO具有四種狀態(tài)和三種不同的開(kāi)關(guān)形式（圖2）：第一個(gè)開(kāi)關(guān)是從PEDOT-IO-0到PEDOT-IO-I（中性態(tài)）的不可逆的還原過(guò)程。第二個(gè)開(kāi)關(guān)是PEDOT-IO-I（中性態(tài)）和PEDOT-IO-I（氧化態(tài)）之間的可逆電化學(xué)過(guò)程，伴隨著由于離子摻雜/脫摻雜引起的可逆帶隙（結(jié)構(gòu)顏色）變化。第三個(gè)開(kāi)關(guān)是水處理PEDOT-IO-I（氧化態(tài)）形成PEDOT-IO-II，由于水誘導(dǎo)LiClO4分子（Li +和ClO4-離子）的去除和周期性結(jié)構(gòu)收縮，引起光晶帶隙的藍(lán)移（圖3）。
通過(guò)將PEDOT-IO-1(Ox)水誘導(dǎo)LiClO4分子去除效應(yīng)與PEDOT-IO-I的電化學(xué)調(diào)制相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)可逆的水寫(xiě)/電擦多色光晶圖案（圖4）。該研究工作為基于光子晶體的光學(xué)材料和器件的制備提供新的思路。
相關(guān)研究結(jié)果以Direct Water-Writing/Electroerasing Pattern on PEDOT Inverse Opals為題發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Adv. Funct. Mater. 2019, 1808473）。
該文章的第一作者武萍萍為理化所與蘭州大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的碩士研究生，現(xiàn)為理化所博士研究生；中科院化學(xué)研究所研究員李永舫和蔣克建，北京大學(xué)教授占肖衛(wèi)及理化所江雷對(duì)該工作給予了指導(dǎo)和幫助。
圖1.PEDOT-IO-0的制備及PEDOT-IO-I的電化學(xué)切換
圖2. PEDOT的三種開(kāi)關(guān)四個(gè)狀態(tài)示意圖
圖3.水處理PEDOT-IO-I（氧化態(tài)）形成PEDOT-IO-II
圖4.光晶圖案的可逆水寫(xiě)/電擦
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所
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