RMIT大学贾宝华教授团队《Nano Lett.》: 热致变色石墨烯超材料 – 揭示全新动态颜色调节机制

热致变色材料已广泛应用于节能建筑、航空航天、纺织和传感器。尽管在过去的文献中已提出了多种热致变色材料，但要仅使用常规的材料和结构来实现丰富的色彩变化仍具有挑战性。像是传统的热致变色材料依赖于热刺激下的材料相或结构变化，往往只能实现几种颜色（大部分材料只能显示两种颜色），极大地限制了它们的适用性。

近期，澳大利亚RMIT大学贾宝华教授课题组提出了一种可动态调节的热致变色石墨烯超材料(thermochromic graphene metamaterials, TGMs)，此种石墨烯超材料仅由柔性金属基板上沉积超薄氧化石墨烯薄膜所组成。该石墨烯超材料可利用外部热能来动态地调节氧化石墨烯薄膜中的水含量，如图1a所示，随着温度升高，其含水量逐渐减少，从而精确控制干涉条件，进而调制其所呈现出的颜色，以达成丰富的色彩变化。

此种石墨烯超材料在大温度范围内实现了可见光范围内的连续颜色可调性 (图1b)，且具有快速的响应时间(< 100 ms)。目前已经实现了 1.11 nm/℃的热致变色灵敏度。与传统热致变色材料最大的区别是，该颜色调控机理实现的颜色变化范围覆盖了CIE XYZ 颜色空间的大部分（图1c），且热致变色行为是完全可逆的。

图1 （a）热致变色石墨烯超材料之结构及工作原理示意图，（b）厚度为355 nm的TGM测量的温度范围为22 ℃ 到52 ℃的反射光谱。（c）不同湿度条件下具有 355 nm厚度的 TGM 的照片，以及对应的CIE 1931 色彩空间中的坐标。

该研究团队展示了杯子(图2a, 2b)和手机上温度传感(图2c, 2d)的应用原型，类似的设计可以直接与电池集成以观察被测量物体的温度以防止火灾或爆炸。此外，此种石墨烯超材料可通过低成本和可扩展的方法来进行制造，在光电器件、环境监测、动态颜色调节、加密、温度传感和热检测的实际应用中具有巨大的潜力。

图2 热致变色石墨烯超材料之应用原型展示

该工作以”Thermochromic Graphene Metamaterials with Iridescent Color”为题发表在《Nano Letters》上。澳大利亚斯威本科技大学韓佶宏與RMIT大学林耕德博士为该论文的第一作者，RMIT大学贾宝华教授为通讯作者。

原文链接：Jihong Han, Keng-Te Lin, Han Lin, Kin-TakLau and Baohua Jia, Tunable Thermochromic Graphene Metamaterials with Iridescent Color. Nano Letters, In Press (2022).

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c04768

作者简介：Jihong Han, Keng-Te Lin, Han Lin, Kin-Tak Lau and Baohua Jia

澳大利亚斯威本科技大学，埃米材料转化中心，贾宝华教授课题组。该团队致力于新型埃米材料的设计，加工及应用的研究。通过定制激光束，可以随意控制原子材料的反应路径，从而选择性地去除、重排和产生所需的键，从而实现对材料原子级结构单元的完全基本操作。这种原子材料将具有独特的光学、电学或机械性能。原子级新型材料可以广泛应用于能源生产和存储、健康和福祉、航空航天传感器以及光通信和计算领域。