自然界中，大蓝闪蝶的鳞翅因交替层状纳米结构而闪耀虹彩，而某些鸟类羽毛则凭借有序多孔结构呈现出视角不依赖的鲜艳色彩。受这些生物光子结构启发，科学家们一直致力于利用嵌段共聚物自组装构筑结构色材料。然而，传统策略面临一个根本性局限：一种聚合物通常只能遵循一种自组装途径，生成一种特定纳米结构及其对应的光学颜料。

  2026年8月25日，天津大学材料科学与工程学院宋东坡教授/谭正平副研究员与中国科学院长春应用化学研究所孙昭艳研究员团队合作，以Mechanism-Selective Self-Assembly of Amphiphilic Dendronized Brush Block Copolymers Into Lamellar and Porous Photonic Pigments为题在《Angewandte Chemie International Edition》上发表研究论文。他们设计了一类两亲性树枝化刷状嵌段共聚物（den-BBCPs） ，通过精确调控亲水链段的体积分数，成功在同一聚合物体系中实现了自组装机制的按需切换，可分别获得有序多孔结构（无角度依赖结构色）和同心层状结构（虹彩色），为光子颜料的设计开辟了全新范式。博士生郑默涵为论文第一作者，天津大学宋东坡教授、谭正平副研究员以及长春应用化学研究所孙昭艳研究员为通讯作者。

核心突破：从“聚合物结构”到“聚合物按需切换”

  研究团队通过开环易位聚合（ROMP）合成了一系列亲水段体积分数）从0.12到0.72可调的PNTEG-b-PNBn树枝化刷状嵌段共聚物。凝胶渗透色谱-多角度激光光散射（GPC-MALS）表征显示，所有聚合物的Flory指数（ν）均高于0.6，证实其具有刚性棒状链构象，这与传统柔性刷状共聚物（ν = 0.50–0.62）形成鲜明对比。

  当这些聚合物在油包水（O/W）乳液液滴中发生受限自组装时，亲水段体积分数成为了决定自组装路径的“开关”：当 f < 50% 时（如0.28–0.48）, 聚合物遵循有序自发乳化（OSE）机制。聚合物如同“巨型表面活性剂”稳定水/油界面，形成均匀的纳米水滴模板，溶剂挥发后留下短程有序多孔结构。所得微球呈现从紫到红的无角度依赖结构色，反射峰波长随孔径增大（116→230 nm），其波长从392 nm增大至601 nm; 当 f > 50% 时（如0.56–0.72）,自组装路径切换为微相分离（MS）机制。亲水链段的过度水化溶胀削弱了聚合物在油水界面的锚定能力，同时刚性主链无法适应高曲率界面，导致内部水滴发生聚并。最终形成同心层状结构，且层间距从143增大至165 nm，微球中心区域产生镜面反射的蓝色及绿色的结构色。

机理验证：界面流变学与耗散粒子动力学模拟揭示路径切换本质

  为揭示这一“机制选择性”的物理根源，研究团队开展了系统的界面流变学测试和耗散粒子动力学（DPD）模拟。界面流变学表明，尽管不同聚合物的平衡界面张力（γ~qe~≈ 20.3–21.1 mN/m）相近，但模量（E′）随亲水段体积分数增加发生显著下降：当 f 从0.28升至0.72时，E′由~11 mN/m骤降至~3 mN/m。这说明高亲水含量的聚合物在油水界面形成的吸附层弹性大幅减弱，难以稳定高曲率纳米水滴，从而驱动了从OSE到MS的路径转变。DPD模拟则从分子层面再现了这一过程：低亲水段体系（A?-b-B?）在溶剂挥发过程中出现了内部水滴信号并最终形成有序多孔结构，符合OSE特征；而高亲水段体系（A?-b-B?）则呈现出明显的径向交替A/B组成分布，最终演变为“洋葱状”同心层状形貌，与实验观测高度一致。

意义与展望：为光子颜料的“按需设计”提供分子蓝图

  该工作的核心创新在于，通过分子结构的精巧设计——树枝化刷状嵌段共聚物的刚性骨架与亲疏水体积分数的协同调控——打破了传统上自组装机制与聚合物化学结构“绑定”的固有认知。同一种聚合物即可根据亲水段含量在不同条件下分别实现两种截然不同的自组装路径和光学响应，这在以往文献中尚未见报道。这一策略不仅大大拓展了结构色材料的设计空间，也为汽车涂料、化妆品、防伪标识等对环保、高性能光子颜料有迫切需求的领域提供了更具灵活性的解决方案。

  该工作得到国家自然科学基金（批准号：52573028）以及国家重点研发计划（2024YFF1206200）的资助。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.3308853