ENGLISH 邮件系统

学院王旭教授课题组《Nanoscale Horiz.》封面：“真彩色”调色板 - 二元亚稳态光子晶体
作者：学院办公室 发布日期：2022-08-11 浏览次数：1622

研究背景

作为艺术和美的重要载体，人类从未停止过对丰富、鲜艳、明亮颜色的追求与探索。按照生色机理，色彩可以分为色素色和结构色。光子晶体因其物理生色机理而呈现出不易褪色、环境友好的结构色，在着色领域具有巨大的潜在应用前景。但光子晶体的研究虽已经历发现、认识、理解和应用的过程，但仍存在随角异色不确定、混合调色不灵活、光子结构不持久、制备工艺复杂和涂装困难等一系列问题，使得光子颜料在实践中难以与传统色素色颜料相抗衡。

浙江工业大学王旭教授团队以解决光子颜料存在的问题为导向，经过多年持续攻关，以贻贝的超强粘附和长角天牛的光子鞘翅为灵感，创新性地构建了二元亚稳态光子晶体，获得了可精确寻址的“真彩色"。他们通过调控驱动力与构筑单元表面粗糙度协同调节光子晶体涂装热力学与动力学因素，采用工业化的喷涂法成功开发了具有可调谐光子带隙的二元亚稳态光子晶体颜料，获得鲜艳的非虹彩结构色，成功攻克了传统色素混合色的本质缺陷以及光子晶体无法混合调色等窘境。


论文主要内容

相关成果以“A true color palette: binary metastable photonic pigments”为题，发表于《Nanoscale Horizons》，并入选为期刊封面文章（Outside Back Cover）。这项工作的通讯作者为我院王旭教授、陈思教授，第一作者为博士生周立康。

11.png

 

111.png

图1. 二元亚稳态光子颜料的构筑及其调色盘效应示意图

 

光子晶体真彩色颜料优势

01 色彩无角度依赖性

1111.png

图1. （a）PDA@SiO2 NPs的制备示意图图；（b）长角天牛粗糙的几丁质构筑单元的SEM图像；不同DA浓度制备的PDA@SiO2 NPs的（c-f）SEM图像以及（g）BET比表面积；（h）PDA@SiO2 NPs（DA 2.6 mM）制备的光子颜料的SEM图像，插图为SEM对应的2D-FT图案

2.png

图2. 245 nm PDA@SiO2 NPs制备的光子颜料的（a）光学图像以及（b）不同角度的反射光谱；不同粒径PDA @SiO2 NPs制备的光子颜料的（c）光学照片、（d）反射光谱和（e）反射峰所处位置

 

02 混合调色灵活

3.png

图3.（a）长角天牛的光学图像，插图为其生色结构的混合排列；（b）三原色单组份光子颜料（红：298 nm；绿：231 nm；蓝：199 nm）和二元光子颜料的光学图像；（c）由298 nm和231 nm PDA@SiO2 NPs制备的二元光子颜料的反射光谱，虚线为模拟得到的反射光谱；（d）二元光子颜料的SEM图像，插图为其相应的2D FT图案；（e）二元光子颜料的仿真模型（红球：298 nm；绿球：231 nm）；（f）实验测量（实线）及3D-FDTD计算（虚线）得到的二元亚稳态光子结构（298 nm: 231 nm=1: 1）的反射光谱

4.png

图4.由不同体积分数的298 nm和231 nm（298 nm: 231 nm=5: 1, 2: 1, 1: 1, 1: 2, 1: 5）PDA@SiO2 NPs制备的二元亚稳态光子颜料的(a)光学照片及(b)反射光谱；（c）由不同体积分数的298 nm和231 nm （298 nm: 231 nm=5: 1, 2: 1, 1: 1, 1: 2, 1: 5）PDA@SiO2 NPs制备的二元亚稳态光子颜料的明度指数

5.png

图5.由不同体积分数的298 nm和199 nm（298 nm: 199 nm=5: 1, 2: 1, 1: 1, 1: 2, 1: 5）PDA@SiO2 NPs制备的二元亚稳态光子颜料的（a）光学图像及（b）反射光谱;（c）实验测量（实线）及3D-FDTD计算（虚线）得到的二元亚稳态光子结构（298 nm: 199 nm=1: 1）的反射光谱

 

03 光子结构稳定·颜色持久

6.png

图6.（a）PDA与PEI的反应机理；光子颜料在PEI处理前后的（b）红外光谱和（c，d）水接触角；（e）使用SiO2，PDA@SiO2和PDA@SiO2+PEI制备的光子颜料在刮擦、超声和擦拭等稳定性测试前后的光学图像；（f）由PDA@SiO2与PDA@SiO2+PEI制备的光子颜料在超声破坏前后的反射光谱


04 制备及涂装便捷易放大

7.png

图7.（a）梵高与1890年创作的《花瓶中的鸢尾花》；

（b）喷涂法绘制的《花瓶中的鸢尾花》光子画