只需對著鈔票吹氣，就能很快辨別它是真鈔還是假鈔，這要歸功於一種受甲蟲啟發的墨水，它會對溼度做出反應，可逆地改變顏色。中國研究人員開發的這種光子晶體墨水可以在表面使用噴墨印表機系統產生獨特的顏色變化圖案，這對造假者來說極難複製。這項研究在其他應用方面也顯示出了前景，包括顯示器和可穿戴感測器。
光子晶體控制光流的能力使其成為光學通訊、生物感測器和太陽能電池等多種應用的合適材料。然而，過去25年裡的大部分研究都使用了微電子行業開發出的昂貴的高精度工具來創造其所需的特性。
將光子晶體噴墨列印到表面上成本較低，但以前的努力難以將響應式光子晶體墨水整合到這樣的系統中。現在，中國南京東南大學的白玲和顧忠澤及其同事開發出了一種光子晶體墨水，該墨水模仿了長角甲蟲的一種——Tmesisternus isabellae——根據其環境中的溼度，可逆地將其顏色從金色切換為紅色的方式。
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這種顏色變化是由水蒸氣在其硬化的前翅中的吸附引起的，這改變了它們多層鱗片的厚度和平均折射率。為了模擬這一點，該團隊使用介孔二氧化矽奈米粒子製造了他們的光子晶體墨水，這些奈米粒子具有較大的表面積和強大的蒸汽吸附能力，可以被精確控制。
研究人員在噴墨印表機中使用這種墨水，在剛性和柔性材料上產生了複雜的圖案，並表明它們的顏色可以可逆地和精確地控制——例如，響應氮氣和乙醇蒸氣，從綠色變為紅色或黃色。他們甚至看到圖案僅在對著它們吹氣時就改變了顏色。
白玲驚訝於他們能夠如此精確地控制顏色，並且圖案在彎曲多次後仍然完好無損。白玲說：“這項技術可以高解析度、高精度、快速、大規模地製備光子晶體圖案。光子晶體的圖案化對於實現光子晶體顯示器和設計光子晶體光學器件的特殊功能至關重要。”
約克大學研究光子晶體的托馬斯·克勞斯說：“特別令人耳目一新的是看到諸如噴墨列印之類的簡單技術被如此出色地使用。透過低成本技術建立高功能光子晶體對於商業應用非常重要，我相信這裡展示的這種靈活和可擴充套件的技術具有美好的未來。”
白玲補充說：“我們認為該墨水的多種安全功能可能對防偽應用有用，但是我們認為該技術在製造多種功能感測器陣列方面可能更有用，我們現在正在朝著這個方向努力。”
本文經《化學世界》許可轉載。該文章於2014年11月17日首次發表。