这篇论文的研究内容由中国科学院沈阳自动化研究所的王京刚教授及其团队完成，研究成果发表在《Nano-Micro Letters》期刊上。该研究探讨了一种新型的动态结构色技术，利用纳米光栅和响应性水凝胶的结合，开发出一种能够快速响应环境变化的结构色材料。
结构色是一种通过光的衍射、散射和干涉等机制产生的颜色，广泛应用于传感器、显示器和防伪技术等领域。传统的结构色材料通常在微观尺度上难以实现动态调节，限制了其在微流体和微型机器人等应用中的潜力。因此，开发出一种能够在微观环境中快速、准确反映物理量变化的动态结构色材料，具有重要的科学意义和应用前景。
研究团队首先选择了pH响应性水凝胶和IP-L光敏树脂作为主要材料。通过将这两种材料交织在一起，形成了一种2.5维的动态结构色材料。水凝胶的膨胀特性使得其能够在pH值变化时改变光栅的周期，从而实现颜色的调节。研究中，采用了两光子聚合（TPL）技术打印出纳米光栅结构。研究人员使用Nanoscribe的Photonic Professional GT2设备进行打印，系统地研究了不同结构参数对动态结构色的影响。实验结果表明，光栅的高度和周期对观察到的颜色有显著影响，尤其是在不同的入射角下。
研究团队通过一系列实验验证了所制备材料的性能，包括其对pH变化的响应速度和灵敏度。结果显示，所开发的动态结构色材料在pH值变化时能够快速、明显地改变颜色，且具有良好的重复性和稳定性。在研究过程中，团队面临了一些挑战，包括材料的兼容性、打印精度和动态响应速度。如何有效地将pH响应性水凝胶与光敏树脂结合，以确保两者在物理和化学性质上的兼容性，是研究的一个关键难点。此外，在使用TPL技术进行纳米光栅打印时，如何控制打印参数以获得高精度的结构，也是一个技术挑战。
该研究的成果为动态结构色材料的开发提供了新的思路和方法，具有广泛的应用前景。未来，研究团队计划探索多个方向，包括将所开发的动态结构色材料应用于多种环境监测，如温度、湿度等的实时监测，提升其在智能传感器领域的应用潜力。此外，利用动态结构色的特性，开发新型的信息加密技术和显示器件，推动其在安全和信息技术领域的应用。研究团队还计划将动态结构色材料与微流体技术结合，开发新型的微流体传感器，实现对微环境的实时监测和分析。
其团队的研究为动态结构色材料的开发开辟了新的方向，展示了其在微观环境传感、信息加密和显示技术等领域的广泛应用潜力。随着研究的深入，期待这一领域能够带来更多创新的解决方案，推动相关技术的发展与应用。通过结合先进的打印技术和材料科学，该研究不仅为动态结构色的实现提供了新的方法，也为未来在微型传感器和智能材料领域的应用奠定了基础。
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https://doi.org/10.1007/s40820-024-01554-7