只需对着钞票吹气，就能很快辨别它是真钞还是假钞，这要归功于一种受甲虫启发的墨水，它会对湿度做出反应，可逆地改变颜色。中国研究人员开发的这种光子晶体墨水可以在表面使用喷墨打印机系统产生独特的颜色变化图案，这对造假者来说极难复制。这项研究在其他应用方面也显示出了前景，包括显示器和可穿戴传感器。
光子晶体控制光流的能力使其成为光学通信、生物传感器和太阳能电池等多种应用的合适材料。然而，过去25年里的大部分研究都使用了微电子行业开发出的昂贵的高精度工具来创造其所需的特性。
将光子晶体喷墨打印到表面上成本较低，但以前的努力难以将响应式光子晶体墨水集成到这样的系统中。现在，中国南京东南大学的白玲和顾忠泽及其同事开发出了一种光子晶体墨水，该墨水模仿了长角甲虫的一种——Tmesisternus isabellae——根据其环境中的湿度，可逆地将其颜色从金色切换为红色的方式。
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这种颜色变化是由水蒸气在其硬化的前翅中的吸附引起的，这改变了它们多层鳞片的厚度和平均折射率。为了模拟这一点，该团队使用介孔二氧化硅纳米粒子制造了他们的光子晶体墨水，这些纳米粒子具有较大的表面积和强大的蒸汽吸附能力，可以被精确控制。
研究人员在喷墨打印机中使用这种墨水，在刚性和柔性材料上产生了复杂的图案，并表明它们的颜色可以可逆地和精确地控制——例如，响应氮气和乙醇蒸气，从绿色变为红色或黄色。他们甚至看到图案仅在对着它们吹气时就改变了颜色。
白玲惊讶于他们能够如此精确地控制颜色，并且图案在弯曲多次后仍然完好无损。白玲说：“这项技术可以高分辨率、高精度、快速、大规模地制备光子晶体图案。光子晶体的图案化对于实现光子晶体显示器和设计光子晶体光学器件的特殊功能至关重要。”
约克大学研究光子晶体的托马斯·克劳斯说：“特别令人耳目一新的是看到诸如喷墨打印之类的简单技术被如此出色地使用。通过低成本技术创建高功能光子晶体对于商业应用非常重要，我相信这里展示的这种灵活和可扩展的技术具有美好的未来。”
白玲补充说：“我们认为该墨水的多种安全功能可能对防伪应用有用，但是我们认为该技术在制造多种功能传感器阵列方面可能更有用，我们现在正在朝着这个方向努力。”
本文经《化学世界》许可转载。该文章于2014年11月17日首次发表。