光子晶體超浸潤(rùn)性賦予具有獨(dú)特光學(xué)調(diào)控性能的光子晶體材料在傳感、檢測(cè)、防污、驅(qū)動(dòng)、油水分離等方面的新應(yīng)用。理化所仿生材料與界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江雷院士團(tuán)隊(duì)在具有超浸潤(rùn)性光子晶體的制備及應(yīng)用方面取得系列重要進(jìn)展（Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 6833）。研究人員考察了基底浸潤(rùn)性對(duì)乳膠粒的形貌及其分子組裝形式的影響（Adv. Mater. Inter., 2015, 1400365；J. Mater. Chem. C, 2015, 3 ,2445；J. Mater. Chem. C., 2018, 6, 3849）；利用界面特殊的浸潤(rùn)性調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了具有特殊光功能的花形（Chem. Commun., 2015, 51 ,1367）及面包形(Chem. Commun., 2016, 52, 3619)的各向異性結(jié)構(gòu)光子晶體制備。制備得到具有良好光波導(dǎo)行為的光子晶體微陣列（ACS Applied. Mater. Interfaces, 2016, 8, 4985）；發(fā)展了通過(guò)電浸潤(rùn)水刻制備光子晶體圖案的新方法(Adv. Funct. Mater., 2017, 1605221)；制備耐溶劑具有防偽特性的戶(hù)外碳點(diǎn)光學(xué)涂層(ACS Applied. Mater. Interfaces, 2018, 10, 6701，Nanoscale, 2018, 10, 4642) 及形狀記憶功能的反蛋白石結(jié)構(gòu)薄膜(ACS Applied. Mater. Interfaces, 2018, 10, 4243)。

驅(qū)動(dòng)材料因能用于智能機(jī)器人、微型生物動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域而廣泛關(guān)注。自然界中比如小麥，松果等很多植物種子的脫落過(guò)程就是受濕度變化誘導(dǎo)不均質(zhì)的體積變化引起。傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)材料多是將驅(qū)動(dòng)層和支撐層連接在一起，基于驅(qū)動(dòng)層在外界作用下的體積變化引起驅(qū)動(dòng)。但雙層材料驅(qū)動(dòng)器因其雙層結(jié)構(gòu)間粘附力差在多次驅(qū)動(dòng)過(guò)程中易分離等問(wèn)題很難多次重復(fù)使用，為解決該問(wèn)題，單一化學(xué)組成梯度型驅(qū)動(dòng)材料應(yīng)運(yùn)而生。

理化所仿生材料與界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江雷院士團(tuán)隊(duì)在具有超浸潤(rùn)性光子晶體的制備及應(yīng)用方面取得了系列重要進(jìn)展。在此前的工作中，該團(tuán)隊(duì)利用所制備的單一材料聚離子液體反蛋白石光子晶體，基于其從表面朝內(nèi)部的梯度的溶劑去浸潤(rùn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象，光子晶體膜發(fā)生卷曲（Chem. Commun., 2016, 52, 5924）。但所制備的光子晶體驅(qū)動(dòng)性能較差，很難滿足應(yīng)用需求。隨后通過(guò)將液晶單體過(guò)度滲透到膠體晶體模板中并隨后進(jìn)行光聚合，制備了具有連續(xù)彎曲/去彎曲行為的溶劑響應(yīng)驅(qū)動(dòng)器(Soft Matter, 2018, 14, 5547)。

近期，理化所光子晶體驅(qū)動(dòng)材料研究又取得新進(jìn)展，江雷院士團(tuán)隊(duì)王京霞研究員與湖南師范大學(xué)陳波教授合作，通過(guò)梯度填充法制備了一種Janus 型聚（離子液體-甲基丙烯酸甲酯）共聚物反蛋白石光子晶體膜（圖1），該膜上表面聚集親水的聚離子液體，呈親水性， 而下表面富集疏水的聚甲基丙烯酸甲酯，呈疏水性。所制備樣品兩面的不同性能主要是由于光照聚合過(guò)程中離子液體和甲基丙烯酸甲酯不同的聚合行為而造成的相分離，導(dǎo)致其化學(xué)組成沿薄膜厚度方向的梯度分布。所制備薄膜的Janus 性使之遇水蒸氣后具有明顯的定向彎曲行為，在4 s內(nèi)彎曲角度接近1440o，并伴有亮麗的結(jié)構(gòu)色變化。

薄膜的驅(qū)動(dòng)行為可以通過(guò)薄膜的化學(xué)組成、孔洞大小及溶劑種類(lèi)來(lái)調(diào)節(jié)。通過(guò)COMSOL模擬了樣品的定向驅(qū)動(dòng)性能，并利用單個(gè)薄膜（尺寸12mm *3mm* 20 μm）吸水后的驅(qū)動(dòng)行為實(shí)現(xiàn)了單根機(jī)械軸的運(yùn)動(dòng)（圖2）。該研究工作為發(fā)展新型光子晶體的光學(xué)器件提供了借鑒。

相關(guān)研究結(jié)果以“A Hydrophilic/Hydrophobic Janus Inverse-Opal Actuator via Gradient Infiltration”為題發(fā)表在ACS Nano, 2018, 12,12149-12158，并被選為內(nèi)封面。