光子晶体材料以其绚丽的结构色以及多响应性能在功能性材料领域展现出巨大潜力。将刺激响应物质与光子晶体结合，利用其独特的光学性能，构建具有多重响应光子晶体材料，可在防伪材料、显示材料和传感器等方面具有应用前景。

  北京化工大学材料科学与工程学院魏杰教授团队在响应型光子晶体及信息编码方面取得了系列研究进展（Chemical Engineering Journal, 2024, 480, 148185；J Colloid Interface Sci 2021, 592, 249-258; ACS Applied Material Interfaces 2020, 12 (18), 20867-20873; ACS Applied Nano Materials 2023, 6(16), 14702-14709；ACS Applied Polymer Materials, 2023, 5, 1, 1002-1013；Langmuir 2022, 38(46), 14387?14399）。基于前期研究工作，近日该团队设计并制备了一种具有三波段光响应的光子晶体材料（TRPCs），通过UVC、UVA和NIR三波段光照调控，实现了信息的动态写入、多级编码及高安全性防伪应用。该研究结合核壳结构纳米粒子（CISNPs）的改性设计与光响应分子的光子间隙填充，突破了传统光子晶体功能单一的局限，为信息存储与显示技术提供了全新解决方案。

图1.三波段光响应光子晶体的构建及响应原理

  该研究团队采用半连续乳液聚合法，制备出具有独特核-中间层-壳结构的PS-PMMA/SMC纳米粒子（如图1）。通过将光响应分子SMC接枝到纳米粒子表面，再配合荧光胺和乙二炔分子的引入，使材料能够对不同波段的光线产生精准响应。并且这种材料可以通过简单的喷涂工艺实现大面积制备，大大提升了实用价值。在性能表现上，这种光子晶体材料展现出了"光控变色"的神奇特性。在UVC光照射下，材料会显示出蓝色图案；当改用NIR光照射时，蓝色会转变为红色；而在UVA光照射下，材料还能同时激发出蓝色和红色的荧光。由于光产胺分子的分解以及乙二炔的聚合都是不可逆的，因此光子晶体三波段光响应TRPCs不具备重复性。图2和图3展示了三波段光响应光子晶体TRPCs的响应行为，通过不同的光照对光子晶体颜色以及其蕴含的信息进行调控从而实现多级响应模式。

图2. 改性纳米粒子引起的光子晶体的响应行为研究

图3. 光子间隙DA引起的光子晶体的响应行为研究

  根据三波段光响应光子晶体的响应性能，设计并制备了可书写屏幕和多重响应信息编码。根据TRPCs的制备流程，作者将荧光胺和乙二炔溶液制成墨水在光子晶体上写入信息并设计了可用于信息写入的屏幕（图4），初始状态信息隐藏，在UVC、UVA、NIR三种波段的光照过程中完整信息将逐步显示出来。进一步将TRPCs颜色与二进制编码结合进行多重信息编码（图5）。三种波段光照可引起颜色发生变化从而得到不同的数字信息，从而显示出多级复杂信息模式，实现多级信息编码和图案化显示功能。由于TRPCs光响应过程的不可逆性，还可以用于制作具有多重防伪特征的一次性标签，进一步用在高端防伪领域。

图4. 三波段光响应光子晶体用于信息写入屏幕

图5. 三波段光响应光子晶体用于二进制信息编码

  综上，本研究通过接枝改性纳米粒子和填充光子带隙将光响应物质引入光子晶体之中，成功赋予光子晶体三波段光响应能力，解决了传统材料响应维度不足的难题。通过UVC、UVA、NIR三波段光照显示出不同的信息输出，进而用于信息写入与显示，设计并实现了多重信息编码及防伪应用。其不可逆反应特性虽限制重复写入，却为一次性防伪提供了天然安全保障。

  该论文发表在《Chemical Engineering Journal》，题为“Tri-band Responsive PS-PMMA/SMC Photonic Crystals for Real-Time Information Writing and Coding”，论文第一作者为北京化工大学博士研究生陈宜萍，魏杰教授为通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金（51873009）和北京市自然科学基金（2192042）资助。

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.165374