响应性光子晶体能够在外界刺激下改变光子晶体的光子禁带,使特定波长的光不能透过光子晶体而发生反射,从而改变了材料的反射光谱。也就是,响应性光子晶体对特定的刺激改变材料本身的光子带隙,能够将诸如化学,机械力等信号转变为光信号。这种特殊的性质受到研究人员广泛的关注。目前响应性光子晶体主要通过自组装,电化学蚀刻,全息光刻等手段制备,对于更为复杂的结构,尚缺乏一种简便的方式制备高性能的响应性光子晶体。在本研究中,我们尝试利用自然界的光子晶体蝴蝶翅膀来制备光子晶体。作为自然光子晶体,色彩斑斓的蝶翅具有复杂精细的三维分级结构。以蝶翅为模板和具有响应性的高分子凝胶复合,可以制备多种响应的光子晶体,并且能够保持优秀的光学性能。具体的以巴黎翠凤蝶(Papilio paris)为天然光子晶体模板,首先通过对蝶翅表面预处理提高其反应活性和润湿性能,然后通过浸渍和原位聚合,在蝶翅内部结构中成功形成聚合物层。主要内容包括:(1)在巴黎翠凤蝶的多层膜结构中原位聚合丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物。得到的共聚物-蝶翅复合样品,展现出对pH的响应性,并且这种响应通过蝶翅的颜色来显示,可以通过肉眼观察和反射光谱测试检测。其中,引入的丙烯酰胺能够使共聚物和蝶翅模板之间通过戊二醛交联,使得界面之间的作用力更加稳固,从而具有更加优秀的循环性能。进一步研究发现响应的主要原理是凝胶溶胀体积变化引起的蝶翅内部折射率变化。这一响应机理同时得到了模拟的证实。(2)进一步,用类似的方法将聚异丙基丙烯酰胺包覆在巴黎翠凤蝶上,并且将样品浸渍在硝酸银溶液中原位还原,得到含有银纳米颗粒的聚合物蝶翅三元复合物。通过XRD,SAXS等手段表征了银纳米颗粒在蝶翅中的形貌和粒径分布。银纳米颗粒能在特定波长和能量密度的光作用下产生热量,并将热量传递到温敏聚合物中,使得凝胶发生体积相变,从而改变蝶翅光子晶体的光子带隙,从而发生颜色的变化。实现了基于蝶翅光子晶体的三元复合物的光热响应材料的制备。