本文介绍了一项关于仿生热响应光子晶体薄膜的研究，该研究由江南大学纺织科学与工程学院的Jialing Tan、Jiayin Liu、Juanjuan Sun、Yunjie Yin和Chaoxia Wang等人完成，并于2023年6月13日发表在《Progress in Organic Coatings》期刊上。文章标题为《Biomimetic Thermally Responsive Photonic Crystals Film with Highly Robust by Introducing Thermochromic Dyes》，主要探讨了通过引入热致变色染料（Thermochromic Dyes, TDs）来增强热响应光子晶体（Thermally Responsive Photonic Crystals, TRPCs）的稳定性和环境适应性。
热响应光子晶体（TRPCs）是一种智能响应材料，能够将热刺激转化为光学信号和结构颜色的变化。然而，现有的TRPCs在热响应过程中常因剧烈的体积变化导致光子晶体结构崩溃，从而限制了其稳定性和应用范围。为了解决这一问题，研究团队从变色龙的体温调节机制中获得灵感，设计了一种结合热致变色染料和光子晶体的仿生TRPC薄膜。该薄膜在2000次颜色变化循环后仍能保持稳定的颜色表现，且无需改变晶格参数，具有极高的鲁棒性。
研究分为多个步骤，主要包括材料制备、光子晶体的自组装、热致变色染料的制备以及TRPC薄膜的构建。
材料制备：研究团队通过乳液聚合法合成了单分散的聚苯乙烯（Polystyrene, PS）微球，粒径分布在170-330纳米之间。通过调整表面活性剂（SDS）的用量，制备了不同粒径的PS微球。
光子晶体的自组装：利用垂直沉积法将PS微球自组装成紧密排列的光子晶体（Photonic Crystal, PC）薄膜。为了提高薄膜的结构稳定性，研究团队在PS微球中掺杂了碳黑，以减少背景散射光的影响。
热致变色染料的制备：通过将隐色剂（Crystal Violet Lactone, CVL）、显色剂（Bisphenol A, BPA）和脂肪醇按一定比例混合，制备了负热致变色染料（Negative Thermochromic Dyes, NTDs）。同时，还制备了正热致变色染料（Positive Thermochromic Dyes, PTDs），用于实现全色RGB热响应系统。
TRPC薄膜的构建：将预组装的光子晶体薄膜转移到热致变色聚合物薄膜（Thermochromic Polymer Film, TCPF）上，并通过填充聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane, PDMS）来增强薄膜的结构稳定性。最终，通过热固化得到具有双层结构的TRPC薄膜。
光子晶体的结构调控：通过调整PS微球的粒径，研究团队成功制备了具有不同结构颜色的光子晶体薄膜。当微球粒径增加时，晶格间距增大，反射峰发生红移，表现出从蓝紫色到红色的结构颜色变化。
热致变色性能：研究团队发现，负热致变色染料（NTDs）在低温下呈现颜色，而在高温下变为无色。通过调整脂肪醇的类型，可以实现不同的相变温度（35.5°C、50.5°C和61.2°C）。此外，正热致变色染料（PTDs）在高温下呈现颜色，而在低温下变为无色，相变温度为32.3°C。
TRPC薄膜的热响应性能：TRPC薄膜在热刺激下表现出从结构颜色到色素颜色的可逆切换。通过动态监测反射光谱，研究团队发现TRPC薄膜在2000次加热-冷却循环后仍能保持稳定的热响应性能，表现出极高的鲁棒性。
应用潜力：TRPC薄膜在防伪、信息隐藏和智能窗户等领域具有广泛的应用潜力。例如，通过设计图案化的TRPC薄膜，可以实现信息的隐藏与显示。此外，TRPC薄膜还可以用于智能窗户，通过调节透光率来降低室内温度，从而实现节能效果。
该研究成功开发了一种具有高鲁棒性、环境适应性和全色响应的仿生TRPC薄膜。通过引入热致变色染料，研究团队实现了无需改变晶格参数的热响应机制，显著提高了光子晶体结构的稳定性。TRPC薄膜在2000次加热-冷却循环后仍能保持优异的热响应性能，表现出极高的鲁棒性。该薄膜在防伪、信息隐藏和智能窗户等领域具有广泛的应用前景。
该研究不仅为热响应光子晶体的稳定性提供了新的解决方案，还为智能材料的设计提供了新的思路。通过仿生设计，研究团队成功开发了一种具有高鲁棒性和环境适应性的TRPC薄膜，为未来的智能窗户、防伪和信息隐藏技术提供了新的可能性。