在现代光学技术应用中，将多重光学信号集成于单一光功能器件成为重要发展趋势，并受到人们的广泛关注。此类器件不仅能实现光学信号的独立响应，更能在外部刺激下产生不同光学信号间的协同作用，从而显著提升响应式光学器件的灵敏度与精确度。其中，开发具有微纳尺度周期性结构的室温磷光（RTP）材料为未来集成化光学器件的设计和开发提供了广阔前景，但由于RTP发光单元和物理结构的失配，二者高度集成面临巨大挑战——尤其是在大规模生产中，RTP材料的形貌和结构难以维持一致性，严重降低了物理微结构与化学发光组分的兼容性，制约了多重光学信号的有效集成与协同调控。

针对这一挑战，国产直播 研究团队提出创新策略：

1. 规模化制备技术：通过将多样化有机小分子引入二氧化硅网络，并借助高温煅烧实现原位碳化、聚集与结晶，形成磷光碳点，成功实现了单分散RTP SiO₂纳米球（RTP-SiO₂ NPs）规模化制备(单批次产量超700 g)。所制备的RTP-SiO₂ NPs保留自组装为光子晶体（PC）结构的能力，可直接整合结构色、荧光（FL）与RTP，展现多模态发光特性。

2. 光学协同调控：利用所形成的PC凝胶中物理周期结构产生的光子带隙（PBG）的角度依赖性，调控光在RTP PC凝胶中的传播路径并提升光子-物质相互作用效率，形成独特的FL、RTP角度依赖行为。这是国际上首次报导的FL与RTP角度色变案例。另外，通过温度调节SiO₂与液体基质之间折射率匹配关系，实现光散射动态调控。光散射能力的增强使凝胶总体的发光强度大幅提升，荧光和磷光分别增强了128倍和87倍，磷光发光寿命延长了25倍。这种热诱导荧光和磷光自散射增强行为也是迄今为止首次被报导。

这种物理光子结构与化学发光单元的成功融合，为构建先进多模态发光器件开辟了新途径。

图1 RTP SiO₂NPs规模化制备过程及光子凝胶的多模态发光调控示意图。(a)球形RTP SiO₂NPs和自组装多模发光PC的设计过程示意图；(b) RTP SiO₂NPs规模化制备工艺示意图；(c)光子带隙诱导的角度依赖变色行为示意图；(d)光子凝胶的热致自散射增强发光示意图。

图2 RTP SiO₂NPs的形貌、自组装行为和光学性质。(a-b) RTP SiO₂NPs的形貌及元素分布；(c-e) RTP SiO₂NPs的FL和RTP光谱、RTP的激发依赖光谱和时间分辨发射光谱；(f-h)蒸发诱导自组装形成的多模态PC阵列的结构表征；(i-j)多模态PC在不同光照情况下的角度相关结构色、FL和RTP，以及相应的反射光谱。

图3光子凝胶的结构色、FL、RTP及其角度依赖变色行为。(a-b)由RTP SiO₂NPs制备的不同色彩的PC凝胶及其微观结构；(c-d)实现角度依赖的多模态变色的条件以及示意图；(e-g)PC凝胶的角度依赖的FL和RTP光谱，以及在不同光源条件下的角度依赖光学照片；(h)PC凝胶的FL和RTP强度与观察角度的关系；(i-j)入射光角度对PC凝胶光学性能的影响；(k)不同光入射角和不同观测角下的PC凝胶显色阵列。

图4光子凝胶的热诱导自散射发光增强和变色行为。(a) PC凝胶的热致动态折射率行为；(b-c) PC凝胶热诱导自散射光学增强行为；(d-e) PC凝胶在不同温度下的透明度及FL、RTP照片；(f) PC凝胶热诱导自散射增强发光的循环稳定性；(g)热诱导自散射增强发光的物理机制；(h-j) PC凝胶的热致变色行为。

该成果以“Scalable synthesis of phosphorescent SiO₂nanospheres and their use for angle-dependent and thermoresponsive photonic gels with multimode luminescence”为题发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。国产直播 为论文唯一通讯单位，文章第一作者是国产直播 博士生王昌兴，国产直播 卢学刚教授、杨森教授为论文通讯作者。该项研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金和陕西省自然科学基金以及中国载人航天工程空间应用系统项目的资助，也得到了国产直播 大型仪器设备共享实验中心的技术支持。

论文链接：//doi.org/10.1038/s41467-025-61967-9