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·804· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

用后依然保持原先电容量的 91.1%，具有很好的稳
定性。这种柔性超级电容器作为一种可视化超薄电
源，未来在可穿戴的电子设备方面具有良好的应用
前景。

图 10 柔性超级电容器充放电过程中颜色的变化
Fig. 10 Structural color change of flexible 1DPCs supercapacitor
during charging-discharging process

3.2 基于无机材料堆叠的柔性一维光子晶体

基于无机材料堆叠制备的柔性一维光子晶体首
图 8 1DPC 在压力增大时的反射光谱(a)；当拉伸应变由
0 增大至 42%时，1DPC 颜色的变化(b) 先通过无机纳米颗粒在基材上组装形成具有一定孔
Fig. 8 Reflectance spectra of a 1DPC under increasing strain 隙率的一维光子晶体，然后将聚合物溶液注入到结
(a), digital photographs of 1DPC under increasing 构缝隙中，再通过后处理将柔性聚合物连同固定其
strain from 0 to approximately 42%(b)
中的无机多层结构一并从基材上剥离，形成具有柔
性的有机/无机杂化一维光子晶体。
Míguez 课题组利用聚碳酸酯填充实现 TiO 2/SiO 2
堆叠的自支撑效果。首先在玻璃片上交替组装 TiO 2
和 SiO 2 ，得到 6 个堆叠的膜材料，然后将双酚 A 型
聚碳酸酯渗入到上述介孔膜的缝隙中。聚碳酸酯的
填充赋予了 TiO 2 /SiO 2 膜一定的柔韧性，使之能够从
基底上剥离和转移至其他基材上 [61] 。
在上述研究的基础上，该课题组利用聚二甲基
硅氧烷（PDMS）弹性体填充到 TiO 2 /SiO 2 多层膜中，
制得了具有紫外防护功能的柔性 1DPC 膜 [62-63] 。将
PDMS 前驱体和固化剂通过渗透填充到一维光子晶
体中，然后加热固化，再浸入–196 ℃的低温液氮中，

降低材料与基材的结合力，最后在室温下剥离得到
柔性自支撑 1DPC，如图 11a 所示。通过精确调节
图 9 升高温度时光子晶体颜色变化的数码照片(a)；ZrO 2
引入前后反射光谱的对比(b) TiO 2 和 SiO 2 溶液的质量分数及旋涂的转速可以得到
Fig. 9 The digital photographs of color changes of 1DPC
as temperature increases(a), experimental spectrafor 光子禁带从紫外到整个可见光范围的一维光子晶
nanocomposite(black line) and all-polymer (red line) 体。由于此柔性膜具有粘附性，因此可将其附着于
multilayers (b)
其他材料表面；其也具有良好的生物相容性，可贴
聚二甲基硅氧烷（PDMS），最后通过 PVOH 的溶解， 附于皮肤表面起到防护作用。研究将光子禁带调节
实现柔性超级电容器的独立支撑效果。由于在充放 至紫外区，得到的薄膜在 320~400 nm 的 UVA 波段
电过程中介孔聚苯胺层发生溶胀和收缩，折射率发 具有很强的反射峰，可以作为紫外防护滤波器。如
生变化，光子禁带发生移动引起结构色的变化，显 图 11b 所示，绿色曲线为剥离下来得到的柔性膜的
示充放电状态。因此，通过薄膜颜色的变化来判断 反射光谱，其在 300~400 nm 波段很少有紫外光透
电容器的电量状态，这样可以提高电容器的使用寿 过。普通的紫外线吸收剂会因为吸收紫外线而温度
命。如图 10 所示，充电时，超级电容器颜色红移， 升高，同时可能会因为吸收紫外光而分解产生有毒
由绿色变为黄色；反之，当超级电容器放电时，颜 物质。该类膜材料通过反射紫外光达到防紫外线的
色变化刚好相反。厚 3 mm 的超级电容器显示出很 目的，不存在普通紫外吸收剂应用中的问题。因而，
高的电容量，可达 22.6 F/g，经过 3000 次的循环使 其在紫外防护方面具有很好的应用价值。