液態光子晶體（Liquid Photonic Crystals, LPCs）是由微納尺度的組裝基元在液體介質中自發形成的周期性結構，可通過光子帶隙效應和布拉格散射選擇性調控光的傳播。與傳統光子晶體材料不同，LPCs表現出獨特的流動性和動態可逆性，其結構和光學特性可根據溫度、電場和磁場等外部刺激動態調節，在新型傳感器、智能顯示器和防偽技術的應用中顯示出巨大潛力。
近年來，膠體納米微球憑借其高效自組裝特性，已成為構建LPCs的重要基元。然而在低固含量體系中，無序分散的納米微球難以自發有序組裝。目前常規LPCs制備策略主要依賴于物理濃縮、化學聚合或外場（如電場/磁場）誘導以縮短球間距，進而形成預結晶團簇。相比之下，通過誘導劑調控低固含量分散液實現自組裝的方法仍鮮有報道，其誘導機制與可控構建仍缺乏系統性研究。
圖1 PAA-b-PS納米微球的制備
圖2 聚合物誘導PAA-b-PS納米微球分散液形成LPCs
圖3 不同誘導劑的誘導效果以及誘導機理
為進一步探明親水性高分子材料的誘導機理，采用低場核磁共振（LF-NMR）表征體系中水的結合狀態和分布。結果表明，在低固含量PAA-b-PS納米微球分散液中， 部分水分子被PAA-b-PS納米微球的羧基表面吸附而表現為結合狀態，其余水分子則以游離狀態存在；加入CMC后，其鏈上的羧酸基團與自由水發生強結合，將體系中大量“自由水”轉化為“結合水”或“半結合水”。
圖5 LPCs水凝膠的DLP 3D打印
基于上述低固含量PAA-b-PS納米微球LPCs的形成機理，作者對CMC進行光敏改性，使其適用于數字光處理（Digital Light Processing, DLP）3D打印技術，最終實現了具有精細結構LPCs水凝膠的三維成型，如圖5所示。
相關成果近日以“Synergistic Hydrophilic and Electrostatic Induction for Liquid Photonic Crystals of Poly (acrylic acid)-block-Polystyrene Colloidal Nanospheres from RAFT-Mediated Emulsion Polymerization”為題發表于《Small》，DOI: 10.1002/smll.202410729，通訊作者為浙江理工大學黃益副教授、邵建中教授和蒙納士大學（Monash University）San H. Thang教授，第一作者為浙江理工大學紡織科學與染整工程碩士生張旭。該工作得到了國家自然科學基金項目（No. 52103068）、浙江省自然科學基金（LY21E030019）、蘇州大學紡織行業絲綢功能材料與技術重點實驗室開放課題（No. SDHY2234）和中國留學基金委的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202410729
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