胶体光子晶体的图案化与应用

jiesuo

       光子晶体是一种具有周期性有序结构的材料，可用于实现对光的调控，因而具有光子禁带、慢光子效应、荧光增强等一系列特殊的光学性质，在开发新型光学器件、防伪技术、信息存储、传感器等领域表现出良好的应用前景。其中，胶体光子晶体是一类利用胶体纳米颗粒组装成有序结构的材料，具有制备简单、成本低廉、易于化学修饰实现功能化等优势，因而在近年来得到快速的发展。多种基于胶体光子晶体的传感器、显示器件、防伪图案得以成功开发。在此基础上，如何进一步提升胶体光子晶体器件的性能成为该研究领域的焦点。将胶体光子晶体图案化可以显著提升胶体光子晶体器件的性能，为开发高性能、集成化的光子晶体器件提供了新的思路。

       最近，中国科学院化学研究所的宋延林研究员课题组全面系统地总结和评述了近年来发表的图案化胶体光子晶体器件的构筑方法和独特的性质，首先介绍了实现胶体光子晶体图案化的三种策略：利用图案化基底进行诱导组装、喷墨打印直接构筑、选择性固化或修饰。随后，他们详细讨论了利用图案化的胶体光子晶体构筑器件的结构特点和性能优势，例如：通过图案化的方法制备的胶体晶体传感器具有大比表面积，提升了传感器的检测速度；构筑亲疏水图案化的光子晶体微芯片可实现对溶液中待检测物的富集，提高了检测灵敏度；构筑阵列化的光子晶体检测芯片实现了对难以区分的有机蒸汽、阴阳离子等的有效识别；制备的光子晶体微流体通道可以实现对液体的可控输运和对生物分子的高灵敏检测；利用图案化的光子晶体可以实现多种高性能显示器件的构筑；还可以实现多种防伪策略，从而有效提升信息安全性。最后，作者分析了目前图案化胶体光子晶体器件的问题与瓶颈，如何降低构筑高度有序的胶体光子晶体结构的制备成本、减小整套分析系统的体积、提升分析的准确性和可靠性等，并展望了胶体光子晶体器件未来的发展方向，为未来基于图案化的胶体光子晶体制备高性能的器件提供了新的思路和理论依据。相关研究成果在线发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上。

图1. 图案化的胶体光子晶体器件