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·798· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

段共聚物中含有亲水的 P2VP 或 QP2VP 链段和疏水 升温时 PS-b-P2VP 反射光变化的示意图。当温度升
的 PS 链段，将其自组装形成的层状结构置于水溶液 高时，P2VP 层的微区空间逐渐减小，P2VP 层厚度
中，调节 P2VP 或 QP2VP 层的溶胀程度改变其折射 逐渐变薄，反射峰蓝移，反射光由最初的红色逐渐
率和层厚，与 PS 层形成折射率差，该结构满足一维 变为绿色；当温度继续升高时，P2VP 层塌陷后不再
光子晶体条件，通过调节光子禁带位置，可产生结 有可见光的反射。图 3b 显示，当温度由 0 ℃逐渐
构色 [23] 。在此基础上可进一步制备得到具有机械力、 升高到 20、40 和 60 ℃时，嵌段共聚物膜的反射峰
温度及电刺激响应型一维光子晶体。另外，以其他嵌 发生蓝移，颜色由红色变为橙色，再到绿色。温度
段共聚物，如聚苯乙烯-聚异戊二烯（PS-b-PI）、聚苯 继续升至 80 ℃时，反射峰消失，聚合物膜为无色。
乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯（PS-b-PMMA）、聚甲基丙
烯酰氧丙基三乙氧基硅烷-聚甲基丙烯酸十八烷酯
（PTEPM-b-PSMA）、聚丙烯酸叔丁酯-聚环氧乙烷
（PtBA-b-PEO）和聚苯乙烯-聚 4-乙烯基吡啶（PS-
b-P4VP）制备的一维光子晶体也有报道。
美国麻省理工学院 Thomas 团队在嵌段共聚物
自组装制备一维光子晶体方面做了大量研究，先后
制备出了具有机械力、温度和电刺激响应型的一维
光子晶体。
首先，Thomas 等利用嵌段共聚物膜受压变形时
厚度改变引起结构色变化实现了可视化的机械力响
应 [24] 。研究将嵌段共聚物 PS-b-P2VP 溶解在丙二醇
甲醚醋酸酯中得到质量分数 5%的溶液，通过旋涂和
自组装得到 PS 和 P2VP 交替排列的多层结构，厚度
约 0.5 μm。将其置于醋酸水溶液中，P2VP 层发生溶

胀，引起该层的微区空间和折射率发生变化。由于
图 2 光子凝胶膜受压变形示意图(a)；当压力改变时光子
PS 层不溶胀，折射率不变，与 P2VP 层形成折射率
凝胶膜变形区域颜色变化(b)
差，得到具有结构色的一维光子凝胶膜。对该凝胶 Fig. 2 Mechanochromism of a PS-b-P2VP block copolymer
膜进行压力测试，当压缩应变由 10%增大至 30%时， photonic gel deformed with an indenter(a) Color
changes of the gel as a functionof deformation (b)
膜厚度降低，光子禁带由 760 nm 蓝移至 520 nm，

产生结构色变化。图 2a 为用半球形压头对此光学薄
膜进行轴向压缩使之变形的示意图。图 2b 为变形区
域颜色变化的显微放大照片。当压力增大时，变形
区域随之变大。由于是半球形压头，所以膜变形区
域从边缘向中间处所受压力逐渐变大，压力增大时，
中间区域的颜色由红色逐渐向蓝绿色转变。反之，
压力减小时，薄膜又能逐渐恢复原先的颜色。此外，
对同一区域进行多次压力测试时表现出相同的变色
效应，表明材料具有良好的可逆机械力响应性。
另外，Thomas 等利用温度变化引起的嵌段共聚
物 P2VP 层吡啶基团 pKa 变化制备了温度响应的一
维光子晶体 [25] 。研究将 PS-b-P2VP 溶解在丙二醇甲
醚醋酸酯中得到质量分数 5%的溶液，然后铺展到石
英比色皿中。经自然干燥后置于 50 ℃的氯仿蒸气中
退火一夜。然后，在比色皿中加入一定浓度的醋酸

水溶液，嵌段共聚物膜溶胀形成光子凝胶，产生结 图 3 温度升高时 PS-b-P2VP 反射光变化示意图(a)； PS-b-
构色。当温度升高时，P2VP 层吡啶基团的 pKa 减 P2VP 在不同温度下的数码照片和反射光谱图(b)
小，当温度由 20 ℃升高到 50 ℃时，pKa 由 4.14 降 Fig. 3 Schematic diagram of the variation of reflected
light in PS-b-P2VP when temperature increases(a) ,
低至 3.81。质子化的 P2VP 数量减少，溶解度降低， digital photos and reflection spectra of PS-b-P2VP
P2VP 层消胀，膜厚度降低，反射峰蓝移。图 3a 为 at different temperatures(b)