光致变色材料在外界光刺激下展现出可调节的物理参数，是信息存储的重要载体。在高密度光存储，特别是全息存储方面引起了人们的极大兴趣。然而，光致变色介质中的可逆光化学反应限制了大容量“冷数据”的永久保存，有限的光谱响应范围也弱化了彩色信息的捕获能力。

近日，东北师范大学付申成教授、张昕彤教授研究团队提出了一种双组分聚合物基质调节策略，将光致变色氧化钨纳米颗粒嵌入到聚乙烯醇/聚丙烯酸中。在富电子和质子的聚合物基体中有效抑制了着色态的热弛豫过程，显著提高了光致变色效率、速度和存储稳定性。光致变色响应边界从近紫外区域延伸至绿色区域，实现了彩色全息图的存储与再现。这项工作为开发宽带、持久性和柔性的光子器件开辟了一条重要途径。相关论文以题为“Two-component polymers embedded with tungsten oxide nanoparticles toward broadband and nonvolatile photomemory”发表在Journal of Materials Chemistry C。

论文链接：

https://doi.org/10.1039/D2TC00739H

亮点一：在相同光场的激励下，WO3/PVA/PAA杂化膜的吸光度变化量是WO3的8倍以上（图1a）。嵌在双组分聚合物基体中的WO3着色态十分稳定，正常存储环境下几乎不会褪色，即受到外部氧气的影响很小（图1b-c）。值得一提的是，双组分聚合物基体调节的杂化膜上的图案可以稳定地保存50天以上。由于聚合物体系中存在大量的电子和质子，有机无机的杂化作用诱导WO3产生更快速和有效的光还原过程，并继续保持这种还原状态（图1d）。

图1（a）在蓝紫光照射5min前后，WO3、WO3/PVA、WO3/PAA和WO3/PVA/PAA薄膜在900nm处的吸光度；（b）辐照5min后的薄膜，在避光条件下，900nm处的吸光度与弛豫时间的关系（0-120min）；（c）四种薄膜在蓝紫光照射30min后放置黑暗条件下48h的漂白过程；（d）WO3/PVA/PAA杂化体系的光化学反应机理图。

亮点二：WO3/PVA/PAA杂化膜的衍射效率在120s后可达到4.24%，而WO3的衍射强度增长缓慢，仅达到1.61%。WO3/PVA/PAA杂化膜的弛豫时间拟合结果约为WO3的12000倍（图2a）。进一步证明WO3与PVA/PAA之间的相互作用加快了WO3的还原过程，合适的基质密度在阻断氧气方面起着关键作用。通常，光栅对比度在描述全息条纹特性方面十分重要，双组分聚合物基质也能够有效增强全息光栅的对比度（图2b-d）。嵌入在双组分聚合物中的WO3光致变色和衍射特性为全息再现提供了基础（图2e）。

图2（a）WO3和WO3/PVA/PAA薄膜的全息动力学；（b）用偏光显微镜在WO3和WO3/PVA/PAA薄膜中观察的全息条纹沿光栅矢量方向的相对强度；（c）-（d）WO3和WO3/PVA/PAA薄膜的全息条纹；（e）WO3和WO3/PVA/PAA薄膜的全息图再现。

亮点三：引入PVA/PAA双组分聚合物后，大量质子会扩散或转移到WO3内部。这可能导致WO3微观结构的轻微变形，并产生能级位于带隙区域的亚稳态，这些新形成的中间态可以被可见光激发。WO3/PVA/PAA杂化膜的高效的信息存储和拓宽的光谱响应范围为近紫外到绿色区域的多波长全息记录和重建提供了可能(图3)。

图3(a)-(c)WO3和WO3/PVA/PAA薄膜在不同写入光波长下的一阶衍射效率动力学；(d)在WO3/PVA/PAA杂化膜中进行彩色全息图重建。

综上，本工作通过将WO3纳米粒子嵌入到富电子和质子的有机聚合物中，显著提高了光致变色的效率和稳定性，同时实现了从近紫外到绿色区域的全息图重建。由于聚合物基质的灵活性和厚度可控性，该体系有望作为高稳定、低串扰、高密度的体积全息记录介质，并扩展应用于多波长光响应器件和柔性太阳能电池等领域。

*感谢论文作者团队对本文的大力支持。

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