力致色变光子晶体(MPCs)具有与变色龙皮肤相同的变色原理，即通过外力改变自身晶面间距，进而改变自身结构色的力致色变特性。然而，目前已报道的MPCs由于晶面间距小，造成其灵敏度低（<1 nm/kPa或 nm/% ），响应速度慢（<1 nm/ms），波长可调节范围小（∆λ<180 nm）的问题，极大的限制了MPCs的应用范围。
广东工业大学材料与能源学院 杨东朋/黄少铭 教授团队发展了一种界面刻蚀诱导“SiO2/聚合物”胶体光子晶体溶胀新机制，成功制备出具有大晶面间距的MPC材料。与之前报道的MPCs相比，本工作制备的MPC具有灵敏度高（106.9 nm/kPa或3.7 nm/%），响应速度快（11.3 nm/ms），波长调节范围大（340 nm）等优点。这些优异的力致色变性能使MPC能够可视化检测微弱的压力，例如通过MPC颜色变化实时动态监测青蛙跳跃时每个脚趾的压力分布。
图 1 力致色变光子晶体水凝胶（MPC）制备示意图
图 2 MPC力致色变原理及实物图
图 3 SiO2颗粒于不同浓度HF 刻蚀后力致色变性能图
制备的MPC具有宽的波长变化范围和优异的可视化传感精度（随着压力从0 kPa增加到19 kPa,光子晶体水凝胶可以从红色变为蓝色）、极快的响应速度（结构色切换仅需23 ms）、优异的可逆性。
图 4 不同尺寸SiO2颗粒于5 mM浓度HF刻蚀后力致色变性能图
图 5 光子晶体水凝胶用于检测小青蛙跳跃时脚趾的受力实物图
这项工作为设计和制备具有明亮结构色和高灵敏度的MPC提供了新思路，并将促进MPC在生物监测、光学器件、绿色印刷和全彩显示中的应用。该工作以“Extraordinary sensitive mechanochromic hydrogels for visually detecting ultrasmall pressure”为题发表于Cell Reports Physical Science，广东工业大学本科生张泽坤为文章的第一作者，杨东朋博士和黄少铭教授为本论文的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金和广东省自然科学基金的支持。
作者简介：
杨东朋，博士。研究方向：胶体光子晶体可控组装及应用。以第一/通讯作者在J. Am. Chem. Soc., Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Mater. Horiz. (Review), Chem. Eng. J., J. Colloid Interface Sci., Adv. Optical Mater., ACS Appl. Mater. Interface, J. Mater. Chem. C., Chem. Commun., Nanoscale, Langmuir, J Phys. Chem. C等国际学术期刊发表SCI论文近40篇，获得授权国家发明专利1项。成果多次被Nature, ACS, APS作为研究亮点，并被JMCC, PCCP, AMI, ACS Omega等期刊选为封面。
黄少铭 教授，博导，国家杰出青年基金获得者。1991年获南开大学博士学位。1991-1993 南京大学博士后，出站后留任南京大学副教授。1996-2005先后在英国Sussex大学、澳大利亚联邦科学与工业研究院(CSIRO) 和美国Duke大学从事研究。2005年3月回国任南京大学教授、博导。2005.9-2018.12任职温州大学，2019.02月起任职广东工业大学。担任广州市低维材料与储能器件重点实验室主任，校学术与学位委员会委员及分委员会主任。长期致力于低维材料及器件应用研究。在纳米结构碳材料及储能器件应用基础研究方面取得了一系列具有国际影响的成果。1999年以来已在国际学术刊物上发表400余篇论文, 包括Nat. Mater., Nat. Commun., JACS., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Phys. Rev. Lett.等，被引用近2万次, H指数70，入选科睿唯安全球高被引科学家。申请专利90多项。先后完成和承担包括科技部973和863项目、国家杰出青年基金、国家自然科学基金委国际合作研究重点项目、面上项目及省部级重点项目等十多项，获省部级奖3项。
论文连接：
https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2023.101387
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