藍(lán)相液晶是液晶領(lǐng)域中最迷人的自組裝結(jié)構(gòu)之一。由于藍(lán)相液晶高度有序的形態(tài)和固有的液晶性能，藍(lán)相液晶對(duì)外部刺激（如光，溫度和電場(chǎng)）具有超高的響應(yīng)性和可調(diào)諧性，從而可以得到基于藍(lán)相材料的可調(diào)諧光學(xué)設(shè)備。另外，藍(lán)相液晶也可以被看成是一種三維光子晶體，能反射特定波長(zhǎng)的可見(jiàn)光，而目前三維光子晶體存在制備和應(yīng)用等多方面的問(wèn)題，需要通過(guò)開(kāi)發(fā)新型光子晶體材料來(lái)克服這些缺點(diǎn)，藍(lán)相液晶作為一種液晶分子自組裝的光子晶體有很大潛力。然而，當(dāng)前大部分藍(lán)相液晶材料是保存在液晶盒中的，難以實(shí)現(xiàn)自支撐，難以發(fā)揮其結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢(shì)。
??針對(duì)藍(lán)相液晶目前存在的問(wèn)題，北京科技大學(xué)楊洲教授和中科院理化技術(shù)研究所王京霞研究員的合作團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)藍(lán)相液晶自組裝過(guò)程的研究，引入可聚合液晶單體和非液晶性單體，制備了藍(lán)相液晶光子晶體薄膜材料。
圖1（a）藍(lán)相液晶的結(jié)構(gòu)式；（b）藍(lán)相液晶光子晶體薄膜的制備示意圖；（c）藍(lán)相液晶光子晶體薄膜的照片與反射光譜
??該團(tuán)隊(duì)制備了不同顏色的藍(lán)相液晶光子晶體薄膜材料，并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的表征?？梢钥闯?，所制備的藍(lán)相液晶光子晶體薄膜材料不僅能自支撐，而且表現(xiàn)出高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)色。通過(guò)TEM進(jìn)一步表征了材料的微觀結(jié)構(gòu)，TEM照片證明薄膜的結(jié)構(gòu)色源于材料內(nèi)部的液晶分子周期性排列。
圖2 藍(lán)相液晶光子晶體薄膜的相關(guān)表征（a）實(shí)物照片；（b）偏光顯微鏡照片；（c）TEM照片；（d）反射光譜；（e）Kossel圖
??該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究了藍(lán)相液晶光子晶體薄膜在形狀記憶聚合物方面的應(yīng)用。通過(guò)形狀記憶編程過(guò)程可以使薄膜暫時(shí)地形變，形變會(huì)導(dǎo)致薄膜內(nèi)部的晶格間距發(fā)生收縮，導(dǎo)致顏色變化，產(chǎn)生圖案。另外，在不同的壓力下對(duì)藍(lán)相液晶光子晶體膜進(jìn)行形狀記憶編程后，薄膜會(huì)產(chǎn)生不同程度的形變，因而得到不同程度顏色藍(lán)移的圖案。該圖案可以在薄膜的玻璃化溫度以下長(zhǎng)時(shí)間的保持。通過(guò)將薄膜加熱到玻璃化溫度以上，薄膜會(huì)恢復(fù)到初始的形狀，圖案也隨之消失。
圖3 藍(lán)相液晶光子晶體薄膜的（a）永久狀態(tài)、（b）暫時(shí)狀態(tài)和（c）恢復(fù)狀態(tài); (d)暫時(shí)狀態(tài)下的3D掃描圖；（e）反射光譜
??通過(guò)形狀記憶編程過(guò)程，可以獲得變色的“BP”圖案，該圖案可以通過(guò)形狀記憶恢復(fù)過(guò)程被擦除，該形狀記憶過(guò)程循環(huán)十次以上樣品的質(zhì)量沒(méi)有明顯降低，說(shuō)明藍(lán)相液晶光子晶體膜具有良好的重復(fù)性，可用于光子圖案的循環(huán)制備。
圖4 藍(lán)相液晶光子晶體薄膜的（a）永久狀態(tài)（或恢復(fù)狀態(tài)）和（b）臨時(shí)狀態(tài)下形成的藍(lán)色“BP”圖案的照片。
??這是首次實(shí)現(xiàn)基于藍(lán)相液晶的形狀記憶聚合物功能，這一結(jié)果不僅豐富了形狀記憶聚合物材料的種類，同時(shí)證明了藍(lán)相液晶光子晶體膜在響應(yīng)變色材料中有巨大應(yīng)用潛力，有望被應(yīng)用于光學(xué)傳感器、可重寫的光學(xué)器件、可調(diào)諧激光器等方面。
??以上相關(guān)成果分別發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, DOI: 10.1021/acsami.9b14202和J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 9460上。論文的第一作者為北京科技大學(xué)材料學(xué)院博士生楊佳佳，北京科技大學(xué)楊洲教授和中科院理化技術(shù)研究所王京霞研究員為共同通訊作者。
