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  金屬光子晶體巧妙地將光子晶體的光調(diào)控性能與金屬材料的本征性能結(jié)合，展現(xiàn)了很多獨(dú)特的應(yīng)用而倍受關(guān)注。比如，介孔金的光子晶體能夠同時(shí)放大光散射及表面增強(qiáng)拉曼散射，鎢光子晶體可以顯示高達(dá)1200K的高操作溫度，用于選擇性熱發(fā)射器。金屬有機(jī)框架材料因具有大的比表面積，可調(diào)控的孔尺寸，貫通的3維空腔而在氣體存儲(chǔ)，分離，催化劑藥物緩釋方面具有重要的應(yīng)用前景。將有序的反蛋白石大孔結(jié)構(gòu)與金屬有機(jī)框架材料結(jié)合勢(shì)必提供包括光傳感，蒸汽敏感及特殊的光導(dǎo)性等很多有益的性能。

  中國(guó)科學(xué)院理化研究所仿生材料與界面科學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王京霞研究員設(shè)計(jì)制備了一類(lèi)具有電浸潤(rùn)性的金屬-有機(jī)反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體：通過(guò)將硝酸鉛溶液填充在光子晶體模板間隙然后去除模板得到。該光子晶體在電浸潤(rùn)過(guò)程中其形貌發(fā)生了有趣的變化：從貫通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸演變?yōu)楠?dú)立的空球結(jié)構(gòu)（圖1（A-F））。同時(shí)光子晶體的帶隙發(fā)生了藍(lán)移，接觸角逐漸減小(圖2 （上）)。這個(gè)電浸潤(rùn)過(guò)程中引起的微觀形貌不可逆變化的現(xiàn)象為水刻方式制備光子晶體圖案提供新的思路。

圖1. 文章發(fā)表截圖及電浸潤(rùn)誘導(dǎo)金屬-有機(jī)光子反蛋白石結(jié)構(gòu)形貌變化的掃描電鏡照片（A-F）從A-F 的電浸潤(rùn)時(shí)間依次增加。

圖2. （上）所制備的金屬有機(jī)光子晶體電浸潤(rùn)過(guò)程中發(fā)生形貌變化，伴隨著光子帶隙的藍(lán)移及接觸角的減��；（下） 利用電浸潤(rùn)形貌實(shí)現(xiàn)光子晶體不可逆的形貌變化實(shí)現(xiàn)其電浸潤(rùn)制備光子晶體圖案 （A-B）為形貌變化示意圖，（C）為電浸潤(rùn)所制備形貌的原圖，相關(guān)的形貌變化的電鏡照片分別插入到響應(yīng)的圖中。

  研究人員發(fā)現(xiàn)：光子晶體反結(jié)構(gòu)所呈現(xiàn)的這種特殊形貌演變主要?dú)w因于反結(jié)構(gòu)中金屬離子與模板聚合物羧基之間形成的螯合作用。使得電浸潤(rùn)過(guò)程中，金屬離子不斷溶解，而聚合物-金屬螯合物在原有框架溶解坍塌的同時(shí)重新構(gòu)建。該重排過(guò)程巧妙實(shí)現(xiàn)了原有貫通多孔結(jié)構(gòu)的可控坍塌及有機(jī)-金屬螯合物界面組裝形成球形結(jié)構(gòu)。文章通過(guò)掃描電鏡，透射電鏡，紅外光譜，x-射線光電子能譜，熱失重分析等詳細(xì)考察了形貌演變過(guò)程、形變過(guò)程中體系的化學(xué)組成變化、及其形變機(jī)理。有意思的是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電浸潤(rùn)過(guò)程不僅誘導(dǎo)了有機(jī)金屬重排形成新結(jié)構(gòu)，而且重排過(guò)程導(dǎo)致了金屬-有機(jī)螯合物類(lèi)單晶形式的組裝。這個(gè)單晶形成的過(guò)程也通過(guò)模型試驗(yàn)得到進(jìn)一步驗(yàn)證。

  實(shí)驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)這種電浸潤(rùn)過(guò)程中的獨(dú)特的形貌演變可以推廣到由硝酸鉛，硫酸銅，氧化鋅等填充光子晶體模板（由聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯-聚丙烯酸單分散粒子組裝得到）并且去除模板形成的反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體。主要是其中的金屬離子與形成乳膠粒的聚合物中的羧基能形成一個(gè)強(qiáng)的螯合作用。該作用誘導(dǎo)了電浸潤(rùn)過(guò)程中的形貌的演變。

  文章還利用電浸潤(rùn)引起材料形貌的不可逆變化特點(diǎn)通過(guò)電浸潤(rùn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了光子晶體圖案制備（圖2（下））。 本工作不僅拓展了一類(lèi)新型的有機(jī)-金屬光子晶體的制備，還為發(fā)展水刻方式制備光子晶體圖案提供了有益的啟發(fā)。該工作發(fā)表以標(biāo)題“Electrowetting-Induced Morphological Evolution of Metal-Organic Inverse Opals toward a Water-Lithography Approach“ 發(fā)表在 Adv. Funct. Mater. 

  (2017,Doi:10.1002/adfm.201605221)并被選作背封面。其與湖南師范大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的碩士生劉俊超和萬(wàn)倫為共同第一作者。

  原文鏈接：http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201605221