自然界中许多生物体表面具有绚丽的结构色彩及表面彩虹现象，其实质在于其内部周期性有序结构，即布拉格光反射现象。这种结构的材料又被称为光子晶体。师法自然以自组装为手段，构筑人造有序结构光子晶体引起广泛关注。然而，由于组装有序微结构材料过程中受到外界环境诸因素影响，致使光子晶体膜易于产生咖啡环及开裂现象，严重阻碍了大面积胶体光子晶体膜的构筑，成为此领域极富挑战的课题之一。

      近日，南京工业大学化工学院及材料化学工程国家重点实验室陈苏教授实验室在国家自然科学基金重点项目（21736006）和国家重点研发计划(2016YFB0401700)、江苏省高校优势学科建设工程、材料化学工程国家重点实验室基金的支持下，发展了一种胶体光子晶体成膜的新方法，解决了胶体乳液成膜困难、无法大面积施工的问题。该研究成果以“Large-scale colloidal films with robust structural colors”为题发表在国际材料顶级期刊《Materials Horizons》（Jing Zhang, Zhijie Zhu, Ziyi Yu, Luting Ling, Cai-Feng Wang* and Su Chen*， Mater. Horiz., 2018, DOI: 10.1039/c8mh00248g）上。

       研究者受到牛奶加热表面易产生“牛奶皮效应”的启发，通过对液滴组成以及成膜条件的精确控制，巧妙地在胶体粒子组装过程中引入一层“胶体皮”，很好地解决了由于非均相体系不均匀挥发导致的咖啡环效应。基于这一理论，研究者还实现了结构色的全光谱打印，对功能材料图案化、高性能器件制备及3D打印、多彩光子晶体墨水创制等具有重要意义。同时，此方法又可以借助辊涂、喷涂手段分别可实施结构色的大面积涂覆与胶体粒子的大面积组装，成功制备出90 × 70 cm的胶体光子晶体膜，并将其用于LED背光源显示器增亮。该研究获得审稿人高度评价：“This is a very interesting paper describing the printing of structural colored images. What is particularly impressive is the ability to address the full color spectrum and to ability to achieve a near uniform photonic response over large areas.” 这项研究成果提升了对光子晶体自组装规律的认知水平，也拓展与丰富了多维度功能材料组装的制备手段。对光子晶体材料产业化应用具有重要的现实意义。

图1 基于“胶体皮”效应的胶体粒子挥发聚并自组装过程。a) 基于“牛奶皮”效应的胶体粒子挥发聚并自组装过程示意图； b) 自然界“牛奶皮”示意图。c) 光子晶体全光谱打印技术及LED增亮应用。

图2 胶体粒子自组装过程研究。a) 喷墨打印光子晶体过程液滴下落；b) 液滴的共聚焦图像；c-e）不同环境温度、乳液浓度下液滴形貌控制。

图3 喷墨打印法构筑光子晶体图案。a) 环境温度和湿度对“胶体皮”生成的影响； b) 基底亲疏水性对喷墨打印的影响； c, d) 喷墨打印精密图案。

图4 喷涂法构筑全光谱光子晶体结构色。a-c) 丝棒辊涂法构筑大面积胶体光子晶体膜; d, e) 大面积胶体光子晶体膜用于LED增亮。

      全文链接： https://pubs_rsc.xilesou.top/en/content/articlehtml/2018/mh/c8mh00248g