液门结合了固体与液体材料的特性，具有可重构界面、动态响应性和适应性等独特优势，展现出在多种实际应用中的巨大潜力。然而，液门面临的一大挑战是实时和原位观察其开关行为，这直接限制了其在不同应用场景中的广泛适用性。为此，该研究开发了一种磁响应光子液态门，能够通过动态结构色的变化，实时、原位监测气体输运开关阈值。通过在受限磁性胶体悬浮液中调控粒子重新配置，磁场能够同时调节界面机械特性和衍射光的变化，从而实现气体输运开关阈值与液态门颜色状态之间的直接对应关系。该视觉系统不仅在外观和功能上能够响应变化，还能使气体释放的实时调控被肉眼清晰感知。此外，这种材料策略具有直接识别、快速预测和简便操作的特点，为视觉化化学检测、动态流体控制以及多功能集成系统的实现开辟了新的应用前景。

  研究团队将磁性氧化铁纳米簇（Fe₃O₄ CNCs）胶体悬浮液作为功能门控液体注入尼龙微孔膜，传输流体为空气，构建磁响应光子液体门（MPLG）（图1）。无磁场时，纳米粒子随机分布呈棕褐色；当施加磁场，粒子瞬间排列成链状光子晶体，衍射出明亮的颜色。通过布拉格衍射原理（λ=2ndsinθ），粒子间距（d）减小导致衍射光波长蓝移，液门颜色可实现从橙→绿→蓝→紫的变化。在压力驱动下，不同的磁场强度导致胶体颗粒的不同排列及结构色变化，从而引起气体传输开关压力阈值的变化。由此，建立了颜色状态与开关压力阈值之间的一一对应关系。

图1 磁响应光子液体门（MPLG）的构筑

  研究团队测试了多种微孔膜材料（如尼龙、PVDF、PTFE），最终发现尼龙膜凭借其优异的浸润性和较低的启动压力（约41kPa）成为最佳选择。更令人惊喜的是，即使将装置倒置或倾斜，毛细作用力也能将磁性胶体悬浮液牢牢锁在微孔中，压力阈值保持不变。此外，通过改变膜上的孔径大小（1μm到10μm），可以灵活调节压力阈值的工作范围（22kPa到91kPa）。

图2 MPLG系统的稳定性设计和开关行为控制

  研究表明，磁场强度是主要的结构色显示影响因素：将磁铁从远处（约100 mm，磁场接近零）移近，粒子间距逐渐缩小，液门的颜色便从棕色依次变为绿色、蓝色，最终到紫色。同时，粒子浓度也是一个重要因素，它会影响阈值压力的变化趋势和颜色的蓝移程度。

图3 MPLG颜色指示机制

  为了直观演示，研究团队构建了一个透明的气体阀门系统。在出口管道中放置一滴红色液滴作为气体流速的标记。当液门呈现棕色（低阈值）时，气体更容易通过，2分钟内将液滴推动了10厘米。当通过加强磁场将液门调成紫色（高阈值）时，气体阻力增大，相同时间内液滴仅移动了23.8厘米。

图4 MPLG应用展示。

总结

  该文开发了一种磁响应光子液门，通过磁场调控Fe₃O₄胶体纳米粒子在尼龙多孔膜内的有序排列，实现气体传输开关阈值的原位可视化监测。该系统的核心创新在于磁场可同步调节胶体粒子间距，从而动态改变光子晶体的结构色和界面力学性质：增强磁场使粒子链间距减小，导致气体传输开关阈值压力（P_ST）升高，同时衍射光波长发生蓝移（如橙色向蓝色转变），建立颜色与P_ST的直接对应关系。经黏附功优化，尼龙膜与胶体悬浮液形成稳定体系，结合粒子浓度和膜孔径的调节，可适配不同压力场景。基于此构建的透明气体阀门装置，通过磁铁距离调控液门颜色，无需外接电路即可直观反映气体释放量（如液滴位移与颜色关联），为化学检测、流体控制及智能阀门系统提供了实时、节能的可视化调控平台。

  该研究得到国家自然科学基金（52025132、U24A20205、52303373、21621091、22021001、22121001、52300138 和 T2241022）、中国博士后科学基金（2024M761761）、福建省国家科学基金（2022J02059）、111 项目（B16029、B17027）以及 XPLORER PRIZE 新基石科学基金的支持。

  原文链接：

  Magneto-Responsive Photonic Liquid Gate with Color-Indicated Gas Transport Switching Threshold

  Advanced Functional Materials

  Liting Pan, Shijie Yu, Zemin Chen, Yina Jiang, Yunmao Zhang, Jing Liu, Xu Hou

  https://doi.org/10.1002/adfm.202506507

  侯旭课题组链接：https://xuhougroup.xmu.edu.cn/