高能O5+离子辐照实现光子晶体双向结构色的显著调控

本研究通过高能O5+离子辐照技术，成功实现了全介质光子晶体（PCs）结构色的显著双向（反射与透射）调控。研究人员利用大剂量O5+离子辐照诱导光子带隙（PBG）蓝移及光谱形态变化，解决了传统无机材料PCs结构色难以动态调控的难题。该技术为防伪、显示和投影设备开发提供了绿色高效的解决方案，成果发表于《Optical Materials》。

　　

在自然界中，结构色因其高色牢度和环保特性备受关注，但传统无机光子晶体（PCs）一旦制备完成，其结构色便难以动态调整。这一局限性严重制约了其在防伪、柔性显示等领域的应用。如何像变色龙一样实现结构色的灵活调控，成为科学家们亟待攻克的难题。

山东大学威海校区物理化学材料分析与测试中心的研究团队另辟蹊径，选择高能O⁵⁺离子辐照这一"绿色加工"技术，对全介质一维光子晶体展开研究。他们发现，通过精确控制离子辐照剂量，不仅能诱导光子带隙（Photonic Bandgap, PBG）产生显著蓝移，还能同步改变反射和透射光谱的形态特征，最终在可见光范围内实现肉眼可辨的双向结构色调控。这项突破性成果发表在材料学知名期刊《Optical Materials》上。

研究团队主要采用三项关键技术：电子束蒸发法制备SiO₂/TiO₂交替堆叠的一维PCs；高能O⁵⁺离子辐照系统（能量15 MeV，注量范围1×10¹⁴-5×10¹⁵ ions/cm²）；以及分光光度计结合CIE色度系统进行光学表征。

制备全介质一维PCs和介质单层
研究人员通过电子束蒸发技术在BK7玻璃基底上交替沉积SiO₂和TiO₂薄膜，构建周期性多层结构。Kaufmann离子源的辅助沉积确保了薄膜的致密性和均匀性，为后续离子辐照实验奠定基础。

结果与讨论
实验数据显示，当O⁵⁺离子注量达到5×10¹⁵ ions/cm²时，PCs的反射峰位从原始状态的605 nm蓝移至535 nm，对应色度坐标从橙红色变为黄绿色。透射光谱则呈现互补色变化，这种双向调控效应源于离子辐照诱导的折射率改变和膜层致密化。更有趣的是，通过改变入射角度（15°-60°），可实现反射色从蓝紫到橙红的连续渐变。

结论
该研究证实高注量O⁵⁺离子辐照能有效突破传统无机PCs的结构色调控瓶颈。相比先前碳离子辐照研究，O⁵⁺离子将颜色对比度提升3倍以上，且同时实现透反射色的协同调控。这种非接触式的加工方法为开发新型智能显色器件提供了全新思路，在彩色电子纸、动态防伪标签等领域具有重要应用前景。

作者贡献声明
Guiqiang Du负责课题设计、论文撰写与项目指导；Guang Lu参与实验与经费支持；Hong Chen完成数据验证；Shengqiang Zhou提供离子辐照设备支持。团队协作攻克了无机材料结构色动态调控的技术难题。