Page 99 - 《精细化工》2022年第9期

第 9 期 杨 柳，等: 透明光子晶体薄膜的力致变色调控及防伪应用 ·1817·

明，施加拉力与撤销拉力过程中，同一应变下薄膜 稳定性，对其进行了 100 次循环拉伸测试，并记录
的最大反射峰波长及其反射率相同，完全撤去拉力 了在 100 次循环拉伸中应变为 60%时的反射光谱，
后，光子晶体薄膜可恢复至初始透明状态。图 5d 为 结果如图 5e 所示。由图 5e 可知，在 100 次循环拉
光子晶体薄膜在拉伸循环过程中的反射光谱变化云 伸过程中，应变为 60%时光子晶体薄膜的最大反射
图，更直观地表明，在施加拉力与撤销拉力循环中 峰波长稳定保持在 471 nm 左右，无偏移现象，且反
光子晶体薄膜的最大反射峰波长与反射率变化是高 射率保持稳定。上述结果说明，该光子晶体薄膜具
度可逆的。为了证明光子晶体薄膜具有良好的光学 有良好的力学稳定性和光学稳定性。

图 5 光子晶体薄膜在不同拉伸应变（ε）下的结构色照片（a）；光子晶体薄膜拉伸过程中的反射光谱图（b）；光子晶
体薄膜在 1 个拉伸循环过程中反射光谱变化瀑布图（c）；光子晶体薄膜在拉伸循环过程中反射光谱变化云图（d）；
光子晶体薄膜在 100 次循环拉伸应变 60%下的稳定性测试（e）
Fig. 5 Series of photographs exhibiting structural color of photonic crystal film under different strains (ε) (a); Reflectance spectra
of photonic crystal film during stretching (b); Reflectance spectra of photonic crystal film during one
stretching-releasing cycle (c); Color filled contour map of photonic crystal film during the stretching-releasing cycle
(d); Stability test of photonic crystal film for 100 cycles under tensile strain of 60% (e)

2.3 光子晶体薄膜的力致变色机理 力区域中 SiO 2 粒子之间的 PDMS 韧带高度拉伸，且
为了探究光子晶体薄膜的力致变色机理，利用 有孔洞形成，而 SiO 2 粒子仍保持嵌入状态。这是由
光学显微镜和 SEM 观察了光子晶体薄膜在施加拉 于 PDMS 具有疏水性而与亲水的 SiO 2 粒子表面具有
力前后的微观结构变化。图 6a 是光子晶体薄膜的光 较低的黏附力 [18] ，导致在外力作用下 PDMS 易与
学显微照片，薄膜表面光滑且致密，由于 SiO 2 与 SiO 2 粒子分离，从而形成微裂纹与孔洞。在拉伸过
PDMS 具有相近的折射率，光子晶体薄膜呈现无色 程中，微裂纹与孔洞的形成促使空气流入体系内部，
透明。图 6b 为拉伸应变 60%时光子晶体薄膜的光学 使 SiO 2 三维蛋白石光子晶体阵列的填充介质由
显微照片，薄膜表面出现微裂纹，撤去拉力后，微 PDMS 替换为 PDMS 与空气。由于空气的折射率明
裂纹消失（图 6c）。图 6d、e 为拉伸态和撤销拉力后 显低于 PDMS 弹性体的折射率。而折射率对比度是
的光子晶体薄膜的截面 SEM 图。由图 6d 可知，应 决定光子晶体反射率和亮度的关键参数，其定义为