Photonic crystals adopt periodic nanostructures where the constructive interference of incident light effectively excludes a certain wavelength within the structures. Plants and algae make use of the structures on the epidermis either to protect themselves from detrimental rays or diffract light for a higher photosynthetic efficiency. Photonic surface formed on water constructs photo-protective environment as the epidermal structures protect inner cells. Here, photonic tiles with periodic air cavities are physically etched along with chemical functionalization so that one side of each tile becomes almost superhydrophobic according to Cassie-Baxter model. The amphiphilicity facilitates the assembly of photonic tiles at the air-water interface in that the interaction force of etched tiles at the air-water interface becomes stronger than that of plain tiles. In addition, the amphiphilic tiles rarely stand up in water, which is crucial for a uniform assembly. The assembly of photonic tiles can cover two- and three dimensional water interface, which makes a liquid photonic mirror and a new type of photonic ball, respectively. The assembly at the air-water interface can be transferred to a solid substrate to make photonic surfaces that have own properties of the substrate. These liquid or solid photonic surfaces can create photo-protective reservoir for cells or algae or light harvesting membrane in solar cells.
광결정은 내부의 주기적인 굴절률의 변화로 인해 효과적으로 특정 파장대의 빛을 반사하는 구조체이다. 특정 식물과 조류는 표피에 광결정 구조를 가진 큰 알갱이나 타일들이 배열되어 있어 내부의 세포를 보호하거나 빛을 굴절시켜 효율이 높은 광합성을 유도한다. 이러한 표피의 구조가 내부 세포들을 보호하는 것처럼 물 표면 위에 형성된 광결정 타일들의 조합은 내부 환경을 특정 파장으로부터 보호하는 환경을 만든다. 이 논문에서는 주기적인 나노 공기 구멍을 가진 광결정 타일의 한쪽 면을 화학적 표면 처리와 함께 물리적으로 식각하여 캐시-박스터 모델에 의해 거의 초소수성이 되도록 만들었다. 이로 인한 광결정 타일의 양친성 성질은 타일들이 물-공기 계면에서 더 강한 쌍호상작용을 가지게 하며, 계면에서 서지 않게 한다. 광결정 타일의 자가조립은 2차원 혹은 3차원의 물 계면에서 일어날 수 있어 액체 포토닉 거울이나 새로운 형태의 포토닉 구체를 형성한다. 기액 계면에서의 이 조립체는 고체 기판에도 전사될 수 있어 기판의 특성을 그대로 가지는 포토닉 표면도 만들 수 있다. 이러한 액체 혹은 고체 위에 형성된 포토닉 계면은 세포나 조류가 배양될 수 있는 광보호적 환경을 만들거나 태양 전지에서 광수확 용도를 가진 막으로 사용될 수 있다.
