通过热电磁三种结构色多重刺激实现多色分离

西安交通大学物理学院研究团队借鉴变色龙的色彩调控策略，通过将羟丙基纤维素(HPC)与聚(丙烯酸-丙烯酰胺)(P(AA-AM))水凝胶结合，成功制备了具有多色分离能力的胆淄相纤维素复合材料（CPCC），最终实现了结构色的多通道显示和调控，从而通过热-电-磁多重刺激实现多色分离。相关研究成果发表在《先进功能材料》上。

响应型结构色材料能够对外界刺激做出反应，并能动态调控其结构色，被广泛应用于彩色涂层、显示器、可视化传感器、信息安全、军事伪装和智能可穿戴器件等领域。然而，目前相关研究多集中在对单一色彩单元的调控，且材料制备工艺相对复杂，刺激手段和调制方式单一，极大地限制了此类材料的实际应用。

研究发现，提高HPC的浓度可以有效降低胆淄相HPC的螺距，并使得高浓度下不同交联度的CPCC在室温下的反射峰波长始终处于紫外区域，这一发现为以温度为密匙的防伪材料的设计提供了新的思路。

为了进一步实现结构色的电刺激调控，将CPCC与导电碳油结合，研究利用导电碳油形成的碳层作为导电基底，通过施加电压在碳层中形成的电流产生的焦耳热对上层CPCC进行加热，进而实现结构色的动态调控。

同样基于CPCC的热敏特性，结合FeNi3磁性合金纳米粒子优异的磁热性能，研究人员设计了一种可通过磁场进行多色分离的方法，可实现各像素点结构色的独立调控，从而获得弱磁场作用下的多色分离和像素化显示效果。

最后，研究人员将上述热-电-磁三种结构色调控策略进行了集成，并结合复合体系中水凝胶交联度的图案化分布设计，实现了结构色的多通道显示和调控。其中，三种调控手段既可单独作用也可相互协同，从而在单一材料中获得了丰富的、多层次结构色显示效果。这种通过热-电-磁多重刺激实现多色分离的方法，在彩色显示、信息加密和防伪等领域有着独特的优势和广阔的应用前景。

HPC-P(AA-AM)复合材料在热致变色显示、电热驱动像素化显示及热-电-磁驱动的信息加密中的应用。（课题组供图）

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202408792