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  結構色是指光波發生折射、反射、衍射或干涉后而產生的各種顏色。與色素色相比，結構色的成色過程不依賴于任何染料分子，同時也不涉及光子能量的吸收與激發。其具有顯色持久，顏色純度高，環保可持續等特點。近年來，各種刺激響應性人工結構色材料層出不窮，并成功應用于傳感檢測、節能顯示和防偽加密等領域。這些人工材料中的結構色通常由光刻、膠體自組裝和嵌段共聚物相分離等方法來實現。但是價格昂貴的光刻機和多步繁瑣的組裝過程并不適合人工結構色材料的大規模制備，嚴重阻礙了其在民用領域的應用與發展。除此之外，與機械力、溫度和蒸汽等傳統刺激源相比，可見光作為一種清潔能源，其時間可控性和空間指向性更強，對材料的破壞能力更弱，因此更適合作為一種新型刺激源來調控材料的結構色變化過程。

  近日，清華大學許華平教授課題組通過向非晶型形狀記憶聚合物網絡中引入可見光響應的二硒動態共價鍵，成功制備出具有可見光響應性的結構色材料。該材料的結構色來源于材料在取向狀態下的雙折射過程。在偏振場下，尋常光和非尋常光的干涉波長與材料的取向程度有關，即與材料內應力的大小有關。通過在玻璃化轉變溫度（T_g）以上進行拉伸，之后冷卻至室溫來對材料進行取向并固定材料中的內應力，賦予材料一種背景結構色。然后利用掩模板在材料表面的特定位置施加可見光輻照，在有輻照的區域二硒鍵會發生動態共價交換反應，從而實現材料的可控應力松弛。形狀記憶聚合物中的應力松弛能夠在維持材料表面平整度不變的情況下，改變材料中特定位置的取向狀態，從而實現結構色圖案化過程。

圖1材料的形狀記憶和可見光觸發應力松弛性能的表征

圖2 材料的透射波長與內應力的對應關系

  由于二硒動態交換反應的反應速率與輻照波長相關，因此通過施加不同波長、相同時間的可見光輻照，可以在材料中形成一系列不同取向狀態的微區，從而實現彩色結構色圖案。除此之外，通過對材料中不同區域施加同一波長、不同時間的可見光輻照，同樣也可以實現彩色圖案化過程。該輻照過程可以通過一臺商業化的投影儀來實現，通過對軟件進行編程可以使得照射過程自動進行，無需人為干預，因此該圖案化過程相對簡單并且不受空間地域的限制。由于圖案的顏色與材料的內應力大小直接相關，因此材料中的圖案一旦形成之后還可以進行光擦除，并經過重新拉伸之后可以再次實現圖案化過程。

圖3 利用掩模板對材料進行圖案化以及圖案的光照擦除過程

圖4 利用二硒鍵的波長響應性對材料進行彩色圖案化

  該方法所需材料易于制備，圖案化方法簡單可控，圖案化材料可循環利用。其在防偽加密、節能顯示和光學數據存儲等方面具有很大的應用前景。

  該成果近期發表在Advanced Materials上，清華大學博士研究生劉誠為文章的第一作者，許華平教授為通訊作者。

  原文標題：Tunable structural color patterns based on the visible-light-responsive dynamic diselenide metathesis

  原文作者：Cheng Liu, Zhiyuan Fan, Yizheng Tan, Fuqiang Fan and Huaping Xu*

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.201907569