基于聚合物光子晶体的室温形状记忆材料：光学信息存储与可编程结构色的创新研究

研究人员针对传统光子晶体(PCs)结构固定、调控温度高等局限，通过将乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(EOEOEA)与聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)共聚于二氧化硅蛋白石模板中，开发出具有室温形状记忆效应(SM)的逆蛋白石光子晶体(SMPCs)。该材料通过水毛细冷凝实现"冷编程"，利用低表面张力液体蒸发或弱压力即可恢复初始光子禁带，实现了无序-有序结构的可逆切换，为光学信息存储、响应式传感器等领域提供了新策略。

　　

在智能材料领域，形状记忆聚合物(SMPs)因其能在外界刺激下可逆切换形态的特性备受关注。传统SMPs常需热激活，而光子晶体(PCs)作为具有光子带隙(PBGs)的周期性结构，其光学性能调控通常依赖高温或强刺激。如何实现室温下对PCs光学性能的精准调控，成为突破响应式光学器件应用瓶颈的关键。

中国研究人员创新性地将乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(EOEOEA)与聚乙二醇二丙烯酸酯(PEG600DA)共聚，在二氧化硅蛋白石模板中构建了玻璃化转变温度(T_g≈-43°C)的逆蛋白石SMPCs。该材料通过水分子毛细冷凝作用引发结构坍塌，实现光子禁带的"冷编程"；而乙醇、丙酮等低表面张力液体蒸发或1 MPa内的机械压力即可触发形状恢复，使结构色回归初始状态。傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实了单体共聚成功，原子力显微镜(AFM)显示材料在无序态与有序态间可逆转变时仍保持结构完整性。

INTRODUCTION
研究指出传统PCs的PBGs固定，而动态PCs的调控多需苛刻条件。本文开发的SMPCs通过分子设计实现室温操作，解决了光学记忆元件环境适应性差的核心问题。

Materials and Reagents
采用TEOS合成二氧化硅模板，HF蚀刻后灌注EOEOEA/PEGDA混合单体，紫外光引发聚合形成三维互穿网络结构。

Characterization of new SMPCs
差示扫描量热法(DSC)证实材料T_g远低于室温。光学测试显示水诱导的毛细力可使结构有序度下降80%，而乙醇处理10秒即可实现100%恢复率，循环稳定性达50次以上。

CONCLUSION
该研究首创了基于毛细作用的室温SM编程机制，其逆蛋白石结构在1 MPa载荷下仍保持功能，成功实现了复杂图案的光学存储。这种SMPCs在防伪标签、微流控传感器等领域展现出独特优势，为发展新一代环境友好型智能光学材料提供了范式。

CRediT authorship contribution statement
Alexey Kavokin团队通过多学科协作，证实了聚合物分子柔性与纳米结构协同调控的创新路径。Saint-Petersburg State University与国内机构的合作模式，为国际科研合作提供了成功案例。

这项发表于《Materials Today Nano》的研究，将高分子化学与光子学原理深度融合，其提出的"室温-液体"调控策略，突破了传统SMPs的热激活局限，为智能光学材料的实际应用开辟了新维度。