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結構色廣泛存在于自然界中，是一種由可見光波長尺度的微納結構與光相互作用形成一系列干涉、衍射或散射而產(chǎn)生顏色的物理生色效應。與傳統(tǒng)的由色素或染料參與的化學生色不同，結構色只要微納結構保持完整，就能達到永不褪色的效果，同時能夠避免使用化學染料和色素帶來一系列復雜的環(huán)境污染問題，在涂料、紡織印染、化妝品、顯示等領域具有廣闊的應用前景。

近日，蘇州大學的張克勤教授團隊聯(lián)合中科院上海技術物理研究所、復旦大學、中科院蘇州納米所的研究成果，報道了一種通過霧化沉積納米二氧化硅膠體微球及添加PVA黏合劑的方式可控制備大面積非晶結構色涂層，并實現(xiàn)非晶結構色的混合及精細調控的方法。不僅如此，該方法可在復雜不規(guī)則物體表面實現(xiàn)快速3D保形性（conformal）涂覆，進行較好的“染色”并保留結構細節(jié)。以蠶絲面料為例，研究團隊展示了該方法能夠很好地對紡織品進行“印染上色”，在保留其原有柔性和拉伸性的同時，結構色涂層具備較好的力學強度。研究成果近期發(fā)表在ACS Nano 上。

空氣霧化器是一種常見的醫(yī)療保健器械，能夠高效地將藥液霧化成極其細微的霧氣液滴，很容易地通過呼吸深入到肺、支氣管毛細血管部位，達到被人體直接吸收的目的。受此啟發(fā)，該研究團隊通過霧化沉積納米二氧化硅膠體微球及添加PVA黏合劑的方式，在基底均勻地沉積非晶光子晶體結構色涂層。他們選擇150~300nm不同尺寸的微球，非晶結構涂層可以產(chǎn)生覆蓋可見光范圍的不同顏色。添加PVA的作用之一是有效地打斷了膠體微球形成的長程有序結構，形成均勻的非晶結構，并且得到的涂層顏色沒有角度依賴性。

非晶結構色涂層的光學性質及其微觀結構

研究中添加PVA黏合劑的另一個作用是大大提高了非晶結構色涂層的力學性能。利用霧化沉積速率可調、均勻穩(wěn)定的特點，研究者通過交替沉積藍色、綠色和粉色薄層作為三原色，然后在重合區(qū)兩兩疊加形成新的混合色，通過光譜表征驗證了這種非晶結構色涂層能夠疊加生成新的顏色。為了實現(xiàn)更精細的顏色疊加混合，作者先在基底沉積一層藍色層，然后依次沉積不同厚度的綠色層，最終實現(xiàn)了3個梯度的混合色。通過掃描電子顯微鏡對斷面觀察發(fā)現(xiàn)，疊加區(qū)域各層都保持著較好的非晶結構，表明這種霧化沉積的方法能夠實現(xiàn)精細的厚度調控，為非晶結構色的顏色疊加提供了思路與借鑒。

非晶結構色涂層的顏色疊加

霧化沉積具有空間內全方向均勻沉積的特點。他們將通過3D打印得到的不規(guī)則物體置入霧氣中，可以在各復雜表面形成厚度均一、顏色均勻的結構色涂層，同時保留原有結構的細節(jié)，甚至在100μm粗的頭發(fā)上都能保留鱗片結構，與常用的原子層沉積技術非常類似。同時，該方法對各種材質的襯底都具有較好的適用性和附著性。通過添加黑色吸收性物質如納米炭黑，作者在白色襯底、金屬及淺色陶瓷襯底上都能夠制備出顏色鮮艷的非晶結構色涂層。

非晶結構色涂層的保形性涂敷及各種材質襯底上的適用性

研究者通過掩模板輔助的方法，在白色蠶絲面料上制備出復雜的彩色玫瑰花圖案。這種共形的非晶結構色涂層很好地保留了絲綢面料的柔韌性，并且能經(jīng)受多次拉伸不發(fā)生脫落。參照紡織品的色牢度測試標準，他們進行了多次水洗與摩擦測試，發(fā)現(xiàn)這種涂層仍然具有較好的顏色穩(wěn)定性和結構完整性。研究表明，通過后期進一步改進黏結技術及批量化制備工藝，這種霧化沉積的方法將會在紡織印染領域表現(xiàn)出廣闊的應用前景。

非晶結構色涂層在蠶絲面料形成的圖案及水洗和耐磨的測試