通過熱電磁三種結構色多重刺激實現多色分離

西安交通大學物理學院研究團隊借鑒變色龍的色彩調控策略，通過將羥丙基纖維素(HPC)與聚(丙烯酸-丙烯酰胺)(P(AA-AM))水凝膠結合，成功制備了具有多色分離能力的膽淄相纖維素復合材料（CPCC），最終實現了結構色的多通道顯示和調控，從而通過熱-電-磁多重刺激實現多色分離。相關研究成果發表在《先進功能材料》上。

響應型結構色材料能夠對外界刺激做出反應，并能動態調控其結構色，被廣泛應用于彩色涂層、顯示器、可視化傳感器、信息安全、軍事偽裝和智能可穿戴器件等領域。然而，目前相關研究多集中在對單一色彩單元的調控，且材料制備工藝相對復雜，刺激手段和調制方式單一，極大地限制了此類材料的實際應用。

研究發現，提高HPC的濃度可以有效降低膽淄相HPC的螺距，并使得高濃度下不同交聯度的CPCC在室溫下的反射峰波長始終處于紫外區域，這一發現為以溫度為密匙的防偽材料的設計提供了新的思路。

為了進一步實現結構色的電刺激調控，將CPCC與導電碳油結合，研究利用導電碳油形成的碳層作為導電基底，通過施加電壓在碳層中形成的電流產生的焦耳熱對上層CPCC進行加熱，進而實現結構色的動態調控。

同樣基于CPCC的熱敏特性，結合FeNi3磁性合金納米粒子優異的磁熱性能，研究人員設計了一種可通過磁場進行多色分離的方法，可實現各像素點結構色的獨立調控，從而獲得弱磁場作用下的多色分離和像素化顯示效果。

最后，研究人員將上述熱-電-磁三種結構色調控策略進行了集成，并結合復合體系中水凝膠交聯度的圖案化分布設計，實現了結構色的多通道顯示和調控。其中，三種調控手段既可單獨作用也可相互協同，從而在單一材料中獲得了豐富的、多層次結構色顯示效果。這種通過熱-電-磁多重刺激實現多色分離的方法，在彩色顯示、信息加密和防偽等領域有著獨特的優勢和廣闊的應用前景。

HPC-P(AA-AM)復合材料在熱致變色顯示、電熱驅動像素化顯示及熱-電-磁驅動的信息加密中的應用。（課題組供圖）

相關論文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202408792