本文内容转载自“高分子科学”公众号。

英文原题：3D-Printable Colloidal Photonic Crystals

第一作者：廖俊龙博士（东南大学）、叶常青教授

通讯作者：Y. Shrike Zhang教授（哈佛医学院）、顾忠泽教授（东南大学）

       近日，哈佛医学院Y. Shrike Zhang教授课题组联合东南大学生物电子学国家重点实验室顾忠泽教授课题组，设计并开发了一种可供3D打印的胶体光子晶体墨水，并结合数字光处理（Digital light processing，DLP）打印技术，成功制备了同时具有宏观复杂3D结构和微观亚微米尺度有序结构的胶体光子晶体。此外，通过对打印体系中墨水组分、打印参数等的调节，作者实现了对所打印物体的3D结构、光学及力学性能、刺激响应性等的轻松控制。这种3D打印胶体光子晶体的技术能够轻松制备具有多重功能的胶体光子晶体，从而进一步模拟自然界中某些结构色生物的复杂层级结构和颜色操纵的策略，使得这些3D打印胶体光子晶体在智能彩色显示器件、3D集成传感器、仿生变色软体机器人等领域中的应用变为可能。

       首先，作者开发了一种高带电的柔性胶体粒子，并结合该胶体粒子和可光固化的水凝胶，制备了一种可供3D打印的胶体光子晶体（图1）。

图1. 3D打印胶体光子晶体的设计原理及可打印胶体光子晶体墨水的表征

图2. 3D打印胶体光子晶体的性能表征

       接下来，作者探究了3D打印胶体光子晶体的力学性能和特殊光学性能，并观察到，相较于传统的具有2D宏观结构的胶体光子晶体，他们制备的3D胶体光子晶体由于具备复杂的3D结构，拥有着更为复杂的结构色角度有偏特性（图2）。

图3. 3D打印热响应胶体光子晶体

       另外，结合具有热响应的特殊水凝胶poly(N-isopropyl acrylamide) （PNIPAM），作者开发出了具有灵敏且可逆热响应性的3D胶体光子晶体（图3）。

图4. 4D打印胶体光子晶体

       通过对打印结构的设计和不同组分墨水的使用，作者还开发出了形貌和结构色能够同时随温度变化的4D打印胶体光子晶体（图4）。而通过对墨水以及打印参数的特殊设计，作者还实现了多色的且颜色可调的图案化胶体光子晶体的制备（图5）。

图5. 时差打印可变多色胶体光子晶体

3D-Printable Colloidal Photonic Crystals

Junlong Liao, Changqing Ye, Jie Guo, Carlos Ezio Garciamendez-Mijares, Prajwal Agrawal, Xiao Kuang, Julia Olga Japo, Zixuan Wang, Xuan Mu, Wanlu Li, Terry Ching, Luis Santiago Mille, Cun Zhu, Xingcai Zhang, Zhongze Gu, Yu Shrike Zhang

Mater. Today, 2022, 56, 29-41. DOI: 10.1016/j.mattod.2022.02.014

Available online: 11 March 2022

Version of Record: 16 June 2022

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1369702122000554