Highly Stretchable Photonic Crystal Hydrogels for a Sensitive Mechanochromic Sensor and Direct Ink Writing

材料科学 自愈水凝胶 结构着色 光子晶体 光子学 光电子学 电介质 变形(气象学) 光子超材料 彩虹色 纳米技术 墨水池 复合材料 光学 高分子化学 物理
作者
Jiayao Chen,Lirong Xu,Meijia Yang,Xiaochuan Chen,Xudong Chen,Wei Hong
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:31 (21): 8918-8926 被引量:142
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.9b02961
摘要

Photonic crystals, which are materials with periodic dielectric constants on the submicroscale, have been the focus of research for an extended period. Photonic soft materials have been extensively developed for use as colorimetric indicators and mechanochromic sensors, but their limited mechanical properties and molding characteristics only suitable for films restrict their practical implementation. Herein we report an approach to synthesize highly stretchable photonic soft materials based on a hydrogel system that is cross-linked by a crystalline colloidal array. The intrinsic inhomogeneous submicroscale structure is exploited for effective reinforcement in the multiphase system of the photonic crystals. The photonic hydrogels exhibit a high deformation capacity, with a stretching deformation above 2800% and compression above 98%. The gel has a full-color tunable range and shows 460 nm photonic shifts that can be reversibly actuated by a small compressive stress (kPa level) and can be ink-written to form patterns and freestanding structures. Mechanochromic sensors are constructed based on the three-dimensional and two-dimensional Bragg diffraction of the gel. Owing to its mechanical strength, formability, and tunable colors, the gel can be used in wearable optical devices, colorimetric tactile sensors, and full-color displays.

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