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第 5 期 寇玉胜，等: 基于聚合物的一维光子晶体研究进展 ·799·

在上述嵌段共聚物体系基础上，Thomas 等通过
引入电解质三氟乙醇制备了电化学调节的一维光子
晶体 [26] 。在氧化铟锡（ITO）覆盖的玻璃基片上旋
涂二嵌段共聚物 PS-b-P2VP，然后在上下基片的缝
隙中填充电解质三氟乙醇（TFE），得到电响应的一
维光子晶体器件。不施加电压时，三氟乙醇溶胀
P2VP 聚合物层，器件呈现出红色，当施加电压为 5 V
–
时，三氟乙醇发生电化学反应，转变为 TFX 阴离子，
–
不能使 P2VP 层溶胀，TFX 阴离子的增多使 P2VP
微区发生消胀，膜厚度降低，反射峰蓝移，薄膜由
红色变为绿色；继续增大电压至 10 V，更多的三氟
乙醇转变为阴离子，膜厚度进一步降低，反射峰继
续蓝移，颜色由绿色转变为蓝色。
Park 等人也基于电解质双三氟甲磺酰亚胺锂
（LiTFSI）溶液使嵌段共聚物 PS-b-P2VP 溶胀的原 图 4 施加电压时，一维光子晶体结构变化示意图(a)；不
同电压下，光子晶体颜色变化的数码照片(b)
理制备了具有高机械强度的电刺激响应型一维光子 Fig. 4 Schematic diagram of the structure changes of 1DPC
[27]
晶体 。将多层 PS-b-P2VP 夹在由聚（偏二氟乙烯-三 when voltage is applied(a), digital photos of color
氟乙烯）和离子液体 LiTFSI 组成的结构中间，最外 change of 1DPC at different voltage(b)

层分别覆盖铝和导电玻璃作为电极。其中，电解质
随着嵌段共聚物材料研究的不断发展，将电刺
双三氟甲基磺酰亚胺锂引起 QP2VP 层溶胀，光子晶
激响应与机械力响应相结合用于人类肢体动作的检
体变为红色。当对其施加 3 V 电压时，QP2VP 层的 测和可视化传感的大应变电容式传感器具有很大的
+
Li 向另一侧电解质层迁移，引起该层的消胀，光子
需求。韩国延世大学 Park [30] 等将 PS-b-QP2VP 嵌入
禁带蓝移，聚合物膜由红色变为绿色。当撤去电压 到聚二甲基硅氧烷（PDMS）弹性体中制备了具有
+
时，Li 再迁移回去，光子晶体恢复原先的状态。
高伸缩性的电容式拉力响应型一维光子晶体。向
中国科技大学张广照课题组利用 P2VP 层的吡
PS-b-QP2VP 中加入离子液体 LiTFSI 作为 QP2VP
啶基团在施加低电压时会充电引起层厚度变化的原
层的溶胀剂，然后将其嵌入到弹性体聚合物 PDMS
理，制备了具有电刺激响应的嵌段共聚物一维光子 中。将可传导离子的凝胶贴于该嵌段共聚物两侧，
晶体多层膜 [28] 。研究以导电的 ITO 玻璃为组装基材，
随后在两侧凝胶外面贴上聚丙烯酸酯双面泡绵胶带
在其上构筑 PS-b-P2VP 嵌段共聚物多层膜。图 4a
以防止凝胶中水分蒸发。对此一维光子晶体进行拉
为施加电压时材料结构变化的示意图。其中，红色
伸时，PS-b-QP2VP 膜厚度减小，光子禁带蓝移。如
区域为 P2VP 层，当对其施加低电压时，P2VP 层厚
图 5a 所示，当拉伸应变由 0 逐渐增加至 100%时，
度增加。图 4b 为薄膜颜色变化的数码照片。未施加
一维光子晶体由原始的红色逐渐变为蓝色。图 5b 对
电压时，膜呈蓝色，施加电压为 2.2 V 时，P2VP 层
应的光子禁带由 650 nm 蓝移至约 500 nm。同时，
厚度增加，颜色变为绿色，当电压增加至 2.5 V 时，
由于弹性体 PDMS 被拉伸，厚度减小，引起电容量
P2VP 层厚度进一步增加，颜色变为橙黄色。此多层
的增加。可以通过电容量的变化来监测人的膝盖及
膜结构具有组装简单、低电压刺激响应和结构稳定
等优点。 胳膊肘等部位的运动情况。经过 1000 次重复实验，
研究表明，季胺化的二嵌段共聚物 PS-b-QP2VP 一维光子晶体仍然能保持很好的拉力响应和电容量
也具有类似于 PS-b-P2VP 的性质，张广照等结合其 变化，在电子皮肤方面具有良好的潜在应用价值。
课题组的研究经验，利用季胺化的二嵌段共聚物 近年来，基于嵌段共聚物光子晶体的图案化研
[29]
（PS-b-QP2VP）制备了快速电响应型一维光子晶体 。 究也受到关注。Thomas 等人基于季铵化的嵌段共聚
其具有 12 个周期，厚度 1 μm，响应时间小于 1 s， 物 PS-b-QP2VP 制备了图案可重复写入、擦除的一
响应速度是未季铵化一维光子晶体的 1000 倍。干燥 维光子晶体 [31] ，可作为一类新型的光子晶体纸使用。
状态下的 PS 和 QP2VP 层厚度均为 30 nm。当对其 将嵌段共聚物 PS-b-P2VP 溶液旋涂到硅片或玻璃片
施加的电压由–4.50 V 升至 2.36 V 时，可显示整个 上，用溴乙烷和 1,4-二溴丁烷处理，一方面可以使
可见光区域的颜色，同时 QP2VP 层的体积膨胀率由 P2VP 季铵化，另一方面使一部分 QP2VP 单元实现
原先的 4.3 倍增加至 7.0 倍。材料具有低电压刺激响 永久交联。将其浸入到乙醇中，QP2VP 层发生选择
应和耐久性等优点。 性溶胀，其折射率发生变化，产生结构色。然后将