肖 彬陳夫山孟 堯

(1.青島科技大學(xué) 海洋科學(xué)與生物工程學(xué)院,山東 青島 266000;2.大連理工大學(xué) 精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 大連 116000)

自然界中絢麗的顏色通常可以起到信息傳遞、隱藏及吸光等作用,對(duì)動(dòng)植物生存具有重要的意義。根據(jù)生色機(jī)理可將顏色分為2類[1],一類是由電子在分子軌道間的躍遷及分子對(duì)可見光的選擇性吸收產(chǎn)生的化學(xué)色;另一類是由幾何和物理光學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)色,如反射、衍射、干涉等現(xiàn)象[2]。化學(xué)色的代表即為傳統(tǒng)的有機(jī)染料及顏料;結(jié)構(gòu)色更多的存在于自然界中[3,4],如蔚藍(lán)的天空、蝴蝶的翅膀[5]、昆蟲的眼睛,是由顆粒狀、棒狀或脊?fàn)钪芷谛躁嚵信c光的相互作用產(chǎn)生的[6]。相對(duì)于化學(xué)色,結(jié)構(gòu)色具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),如優(yōu)異的光牢度,虹彩效應(yīng),易功能化及更環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。在光的照射下,吸收光能的染料分子處于激發(fā)狀態(tài),可與纖維或其他分子進(jìn)行反應(yīng),導(dǎo)致染料分子的發(fā)色體系及共軛結(jié)構(gòu)遭到破壞,出現(xiàn)變色或褪色現(xiàn)象;然而只要結(jié)構(gòu)色材料的物理結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化,顏色就不會(huì)消失或減弱。因此為了緩解化學(xué)色在傳統(tǒng)紡織印染行業(yè)中的缺陷及在生產(chǎn)、印染過程中帶來的環(huán)境問題,科研工作者一直致力于利用結(jié)構(gòu)生色材料代替有機(jī)染料顏料對(duì)織物進(jìn)行著色,尤其是對(duì)光子晶體類結(jié)構(gòu)生色材料展開了廣泛研究。

1 結(jié)構(gòu)色生色原理

眾所周知,艾薩克·牛頓第1次發(fā)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)色,是利用三棱鏡將太陽光分解成了紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫7種彩色光。因此結(jié)構(gòu)色來源于光(電磁波)與材料微納米結(jié)構(gòu)之間的相互作用,包括干涉、散射、衍射及光子晶體等現(xiàn)象。

1.1 干涉效應(yīng)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色

干涉是指振動(dòng)頻率相同且方向一致但存在恒定相位差的光波(2列及以上)在空間相遇對(duì)相互疊加產(chǎn)生新的光波的現(xiàn)象。干涉效應(yīng)包括單層干涉(如Fig.1a)及多層干涉(如Fig.1b)。如Fig.1a,當(dāng)光波照射到薄膜表面,會(huì)發(fā)生反射及折射現(xiàn)象,由薄膜的上表面A 點(diǎn)反射的光經(jīng)薄膜內(nèi)部折射、由B 點(diǎn)反射出來的光相遇時(shí),由于相位差的存在兩者發(fā)生相長(zhǎng)干涉或相消干涉,會(huì)產(chǎn)生特定的結(jié)構(gòu)色。相位差由薄膜的厚度、入射光角度及折射率決定;其關(guān)系式為Δ=2ndcos(θ2)±λ/2,式中:n為薄膜的折射率;d為入射點(diǎn)的薄膜厚度;θ2為薄膜內(nèi)的折射角;±λ/2是由于兩束相干光在性質(zhì)不同的2個(gè)界面上的附加光程差。多層干涉為單層干涉模型的延伸,2層膜材料的折射率不同,經(jīng)過多次折射、反射以及干涉效應(yīng)(如Fig.1b),得到特定波長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)色。經(jīng)研究,許多鳥類的羽毛及蝴蝶的翅膀中均存在這種多層薄膜結(jié)構(gòu)[7],從而產(chǎn)生亮麗的結(jié)構(gòu)色。

Fig.1 Schematic diagram of (a)film interferenceand (b)multilayerinterference

1.2 散射效應(yīng)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色

當(dāng)光波作用到介質(zhì)中小于光波波長(zhǎng)的粒子上時(shí),粒子中的電子被迫振動(dòng),其振動(dòng)頻率與入射光波的頻率相同,成為二次光源向各個(gè)方向發(fā)射電磁波,這就是散射光。丁達(dá)爾效應(yīng)是典型光散射效應(yīng)的體現(xiàn),由于溶膠中膠體粒子的存在,光束會(huì)被散射到入射光的垂直方向上,從而在側(cè)面觀察到散射光。當(dāng)體系中存在小于入射波長(zhǎng)的膠體粒子時(shí),通常發(fā)生Rayleigh散射,其散射光強(qiáng)度與入射光波長(zhǎng)的4次方成反比,波長(zhǎng)越短的光越易被散射(散射得越多)。因此白光照射溶膠時(shí),波長(zhǎng)短的藍(lán)光更易被散射并在側(cè)面觀察到,波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光更易通過膠體體系,不易被散射,經(jīng)常用該理論解釋天空是藍(lán)色以及朝霞和晚霞是紅色的現(xiàn)象。當(dāng)粒子的粒度接近或大于入射電磁波的時(shí)候,會(huì)發(fā)生米氏散射。典型的實(shí)例是云的顏色,云朵實(shí)質(zhì)上是空氣中的水蒸氣附著于微塵上在空中凝結(jié)而成的小水珠或小冰晶的聚集體,這些粒子的維度均遠(yuǎn)大于可見光波長(zhǎng)。散射光強(qiáng)度受波長(zhǎng)的影響較小,各個(gè)波段光的散射強(qiáng)度相差無幾,所以云呈現(xiàn)白色。在紡織印染領(lǐng)域,由散射產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)色因其不存在角度依存性,且制備相對(duì)快速簡(jiǎn)便,并可保持更好的顏色可視性,受到人們廣泛的關(guān)注。

1.3 衍射效應(yīng)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色

當(dāng)光遇到與波長(zhǎng)尺度相當(dāng)?shù)恼系K物時(shí),會(huì)偏離原來的直線方向繞到障礙物后面的現(xiàn)象稱為衍射效應(yīng)?；诠獠▓?chǎng)的線性疊加原理[8],當(dāng)可見光通過衍射光柵以及等距的凸起等材料時(shí)便會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色,顏色具有角度依存性。南非大閃蝶(Morpho)翅膀的微結(jié)構(gòu)便是由多層的類似松樹的脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)構(gòu)成,對(duì)光有強(qiáng)烈的衍射效應(yīng),從而產(chǎn)生亮麗的藍(lán)色結(jié)構(gòu)色。

1.4 光子晶體

光子晶體結(jié)構(gòu)色材料是按照將具有不同折射率的材料在空間上呈周期性排列的規(guī)則來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。根據(jù)材料周期性排列的維度數(shù),可將其分為一維、二維和三維光子晶體[9,10]。一維光子晶體是類似于層狀結(jié)構(gòu)的周期性堆疊,通過多層干涉產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色[11,12]。二維光子晶體的制備通常采用較復(fù)雜的工藝,如金屬氧化物的可控生長(zhǎng),因此不適合于紡織印染領(lǐng)域的應(yīng)用[13,14]。由單分散膠體微球構(gòu)筑而成的長(zhǎng)程有序的三維光子晶體結(jié)構(gòu)以及短程有序、長(zhǎng)程無序的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)便是人工結(jié)構(gòu)生色材料的典型代表[15]。光子晶體陣列的折射率呈周期性變化,可產(chǎn)生光帶隙結(jié)構(gòu)[16,17],特定波長(zhǎng)的光被反射出來,并符合Bragg-Snell方程(λ=1.633d(neff2-cos2θ)1/2),從而產(chǎn)生具有虹彩效應(yīng)的結(jié)構(gòu)色(如Fig.2a),顏色存在角度依賴性。準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)的顏色來源于微納米陣列對(duì)光的相干散射效應(yīng),具有各向同性的光子禁帶,產(chǎn)生無虹彩效應(yīng)的顏色,與觀察角度無關(guān)(如Fig.2b)。研究者對(duì)光子晶體結(jié)構(gòu)與準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)的組裝方法研究較為透徹,可簡(jiǎn)便實(shí)現(xiàn)大面積組裝,并且具有優(yōu)異的光牢度、顏色飽和度等[18]。因此本文主要綜述這2種結(jié)構(gòu)的組裝工藝及其在紡織印染領(lǐng)域的研究進(jìn)展。

Fig.2 Chromatic mechanism of(a)photoniccrystalsand (b)amorphousarrays

2 結(jié)構(gòu)色材料的組裝方法

2.1 光子晶體陣列的組裝方法

光子晶體陣列組裝的主要途徑有垂直沉積法[19]、浸漬提拉法[20]、水平加熱輔助組裝法[21]、離心組裝[22]、重力沉降[23]、微流控[24～27]、打印[28,29]及Langmuir-Blodgett界面組裝法[30,31]等。每種組裝方法的關(guān)鍵均在于處理好驅(qū)動(dòng)力與微球靜電斥力之間的關(guān)系,使微球處于力學(xué)平衡狀態(tài),實(shí)現(xiàn)微球的有序排列,得到周期性陣列并產(chǎn)生亮麗的結(jié)構(gòu)色。以浸漬提拉法為例來闡述其組裝的微觀過程及受力分析,基底預(yù)浸入微球分散液中,以一定的速度上行,在毛細(xì)力的作用下,分散液在基底及空氣接觸的固-液-氣三相界面處會(huì)形成弧形的“彎月面”(Fig.3)。此處,溶劑的揮發(fā)較快,對(duì)微球產(chǎn)生向上的驅(qū)動(dòng)力,表現(xiàn)為微球之間的毛細(xì)力。當(dāng)毛細(xì)力與微球之間的靜電斥力相等時(shí),處于力學(xué)平衡狀態(tài),微球在此處開始“結(jié)晶”。隨著基底上行,三相線緩慢移動(dòng),逐漸組裝為完美的光子晶體結(jié)構(gòu)。其他組裝方法類似,不同的是驅(qū)動(dòng)力的來源[32]。

2.2 準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)的組裝方法

通過準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于短程有序、長(zhǎng)程無序的周期性,可產(chǎn)生無角度依存的結(jié)構(gòu)色。因此需要在組裝的過程中破壞微球自發(fā)的結(jié)晶趨勢(shì),最有效的途徑是加快溶劑揮發(fā)速度,阻斷溶劑對(duì)納米微球的長(zhǎng)程驅(qū)動(dòng)力,以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)的制備。如快速噴涂法,分散液經(jīng)過霧化過程,微球分散液滴被噴出,溶劑迅速揮發(fā)變少,微球開始出現(xiàn)小范圍的組裝聚集體,由于高速氣流的沖擊,有序聚集體之間是相互獨(dú)立的;當(dāng)液滴與基底接觸時(shí),沒有足夠的溶劑為微球的大面積組裝提供驅(qū)動(dòng)力,微球的自組裝趨勢(shì)受到干擾,從而得到短程有序、長(zhǎng)程無序的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu),并產(chǎn)生無虹彩效應(yīng)的結(jié)構(gòu)色[33]。

Fig.3 Schematic diagram of the dip-coating method

3 結(jié)構(gòu)色材料用于紡織印染領(lǐng)域的研究進(jìn)展

世界上最早將結(jié)構(gòu)色材料用于紡織業(yè)的是日本帝人公司,該公司于2000年利用多層干涉原理,研發(fā)出由2種具有不同折射率的尼龍(PA)和滌綸(PET)交替堆疊而成的結(jié)構(gòu)色纖維,通過控制PA 層及PET 層的厚度及疊加次數(shù)來精準(zhǔn)調(diào)控纖維的顏色,得到了紅、綠、藍(lán)、紫4種顏色的纖維,命名為(Mropnotex)。這是唯一一種得到商業(yè)化的結(jié)構(gòu)色纖維,但控制聚合物厚度(70～90nm)需要復(fù)雜的工藝,成本過高,并且其顏色由于2種高聚物的折射率相差較小,顏色并沒有那么艷麗,因此在上市一段時(shí)間后便停止生產(chǎn)。這也說明將結(jié)構(gòu)色用于紡織印染領(lǐng)域還需進(jìn)行更深入的研究[34]。本文主要綜述國(guó)內(nèi)外對(duì)基于單分散膠體微球制備的光子晶體及準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)對(duì)于織物進(jìn)行“著色”方面的工作。

3.1 光子晶體陣列用于織物“著色”

邵建中課題組對(duì)具有虹彩效應(yīng)的“著色”織物進(jìn)行了深入研究并取得了突破性的進(jìn)展[35]。通過重力沉降法得到結(jié)構(gòu)色織物[36](Fig.4(a)),隨著微球尺寸逐漸增大,滌綸織物呈現(xiàn)出從藍(lán)到紅色的顏色分布,對(duì)應(yīng)的反射峰從波長(zhǎng)458nm,507nm,563nm 紅移到623nm,該方法對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置要求不大,易操作,但耗時(shí)較長(zhǎng),同時(shí)也出現(xiàn)了一些缺陷,如錯(cuò)位、空位等。如Fig.4(b),利用垂直沉積法對(duì)黑色聚酯織物進(jìn)行著色[37],在沉積和溶液蒸發(fā)過程中,隨著彎月面的出現(xiàn),分散液表面逐漸下降,受到毛細(xì)管作用,P(St-MMA)微球開始逐漸聚集在聚酯織物表面,最終在織物上形成有序的光子晶體結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了在織物上的雙面著色。并研究了光子晶體的截面形貌[38](Fig.4(c)),均具有三維有序的面心立方結(jié)構(gòu),以及不同紡織基材的基色對(duì)光子晶體結(jié)構(gòu)色的影響。結(jié)果表明,白色織物能夠稀釋光子晶體的結(jié)構(gòu)色,黑色織物能夠更好地突現(xiàn)出結(jié)構(gòu)色,若織物顏色與光子晶體的結(jié)構(gòu)顏色相似,對(duì)最終顏色影響不大,而織物顏色與結(jié)構(gòu)色是互補(bǔ)色,則顏色飽和度較低。該課題組還制備了3種不同的聚苯乙烯膠體微球[39],并進(jìn)行洗滌試驗(yàn)(Fig.4(d)),研究它們?cè)跍炀]織物上的結(jié)合強(qiáng)度。由于P(St-MMA-MAA)膠體微球具有較厚較軟的核-殼結(jié)構(gòu),這種核-殼結(jié)構(gòu)在膠體微球自組裝過程中,殼層結(jié)構(gòu)易軟化,更易形成緊密的光子晶體陣列,得到了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度良好的結(jié)構(gòu)色著色織物。垂直沉積法操作簡(jiǎn)單,可實(shí)現(xiàn)雙面“著色”,所得結(jié)構(gòu)色織物顏色可視性好,但受環(huán)境溫度和實(shí)驗(yàn)裝置的防震性能的影響,會(huì)出現(xiàn)層數(shù)不均勻和裂紋。

Fig.4 (a)Colored textile fabricated by vertical deposition method[36];(b)colored textile prepared by dip-coating method[37];(c)SEM images of the photonic crystals[38];(d)digital photos of the colored textile[39]

Fig.5 (a)Schematic illustration showing the fabrication of precrystallized liquid colloidal crystals;(b)digital photos of the large-scale colored textile with brilliant structural colors[40]

邵建中課題組開發(fā)了一種基于剪切誘導(dǎo)組裝預(yù)結(jié)晶液態(tài)膠體晶體(LCCs)[40],在柔性基底上制備了用于結(jié)構(gòu)著色的大規(guī)模PC 薄膜。該技術(shù)關(guān)鍵在于制備高于臨界體積分?jǐn)?shù)的聚苯乙烯(PS)預(yù)結(jié)晶LCCs,將其用于織物印染時(shí),LCCs在剪切力的作用下可快速、高效、大面積地制備光子晶體薄膜。Fig.5a所示為L(zhǎng)CC分散體制備大規(guī)模PC膜的過程機(jī)理圖,說明其快速結(jié)晶的狀態(tài)。如Fig.5b所示,為大面幅著色織物的照片,而且這種方法對(duì)基材表面光潔度沒有嚴(yán)格要求,可應(yīng)用于織物和紙張等有紋理的基材,均可制備出色彩艷麗的結(jié)構(gòu)色,而且,所需時(shí)間短,得到的結(jié)構(gòu)彩色涂層耐揉搓、摩擦,該技術(shù)適用于各種織物并可通過打印的方式進(jìn)行圖案化。

為了提高膠體微球與織物的結(jié)合牢度并實(shí)現(xiàn)不同粒徑膠體微球在同一織物上同時(shí)組裝,達(dá)到多種顏色在織物上“著色”的效果,唐炳濤等[41]開發(fā)出一種新的界面轉(zhuǎn)印方法。如Fig.6a所示,將織物置于微球分散液液面之上,微球自發(fā)地組裝于織物的孔洞內(nèi),得到著色織物。借助多槽模板,不同區(qū)域?qū)?yīng)不同粒徑的微球(Fig.6b),從而在薄紗織物上轉(zhuǎn)印出精美的圖案。界面轉(zhuǎn)印方法具有操作簡(jiǎn)單、耗時(shí)短,可以在一種織物上同時(shí)輸出多種顏色,借助連續(xù)生產(chǎn)技術(shù),該方法有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

Fig.6 (a)Schematic illustration of the two-phase self-assembly method to print textile with 3D colloidal crystals;(b)patterned process of the color textile[41]

張克勤課題組采用浸漬提拉法,從膠體乳液中提拉纖維制備了結(jié)構(gòu)色彩色纖維[42](Fig.7a),通過使用不同尺寸的納米微球,制備出不同顏色的彩色纖維(Fig.7b),其反射光譜在對(duì)應(yīng)處具有特征峰,纖維的截面也顯示了微球顆粒逐層緊密堆積,但纖維表面有很多裂紋,可能是由于干燥過程中膠團(tuán)與水相分離造成的。并將P(St-BA-AA)核殼結(jié)構(gòu)微球組裝在PET 纖維上,得到了無裂紋藍(lán)色纖維,這種結(jié)構(gòu)色纖維力學(xué)強(qiáng)度高,實(shí)用性強(qiáng),但所得到的結(jié)構(gòu)色纖維和提拉儀箱內(nèi)溫度、提拉速度、分散液的種類和濃度及纖維表面的粗糙度有很大的關(guān)聯(lián),因此,通過改變以上參數(shù)可以精確地調(diào)控結(jié)構(gòu)色的厚度。張克勤還通過電泳沉積技術(shù)制備了具有結(jié)構(gòu)色彩的芯-殼纖維[43],并研究了纖維的直徑及生長(zhǎng)速率隨著外加電壓的增大而增大(Fig.7c),核-殼膠體纖維的外層為面心立方結(jié)構(gòu)域,無長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)(Fig.7d)。但電泳沉積方法要求纖維導(dǎo)電,有一定的局限性,且在去除電場(chǎng)后,有微球脫落現(xiàn)象,但該技術(shù)在結(jié)構(gòu)染色和防輻射織物上有潛在的應(yīng)用前景。

Fig.7 (a)Photonic crystal fibers prepared by dip-coating method and(b)digital photos and SEM images of the colored fibers[42];(c)fabrication of the structurally colored fibers via electrophoretic deposition;(d)digital photos and SEM images of the fibers[43]

3.2 準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)

張克勤課題組采用一步噴涂技術(shù)[44],制備了聚苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸(P(St-MMA-AA))膠體微球,再加入了聚丙烯酸酯(PA)和炭黑(CB),得到了如Fig.8a中不同顏色的織物。從圖片中可以看出,具有良好的短程有序的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu),得到了耐水洗、高強(qiáng)度且可自愈合的非虹彩結(jié)構(gòu)色超疏水織物。還通過靜電紡絲技術(shù)制備了結(jié)構(gòu)色纖維[45],將膠體微球與紡絲前驅(qū)液混合,不同尺寸的膠體微球與前驅(qū)液同時(shí)噴出,微球嵌入纖維中,得到了顏色可調(diào)的結(jié)構(gòu)色纖維膜(Fig.8b)。制備的膠體微球在纖維上的排列是非晶結(jié)構(gòu),具有短程有序的周期性,雖該方法簡(jiǎn)單高效、可控性強(qiáng),但穩(wěn)定性能較差,不耐水洗、拉伸。他們還采用霧化沉積法[46],以二氧化硅膠體微球?yàn)闃?gòu)筑單元、以聚乙烯醇為黏接劑,快速制備了均勻的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)涂層。(Fig.8c)基于固有的全向霧化特性,對(duì)其厚度也能精確控制,可在各種不規(guī)則或高彎曲表面上獲得三維均勻涂層,經(jīng)過摩擦和拉伸等測(cè)試,均能保持很好的顏色附著,面料可以承受劇烈的拉伸,并保持其原有的形狀。

Fig.8 (a)Optical images of the colorful fabrics prepared with nanoparticles at different diameters,SEM images of their amorphous arrays[44];(b)structural coloration of colloidal fiber by electrospinning technology[45];(c)colored rose pattern coated on silk fabric through atomization deposition[46]

Fig.9 (a)Schematic of fabricating amorphous arrays on fabrics by screen printing and(b)digital photos of the samples[47];(c)amorphous arrays prepared through spray method with polysulfide microspheres and(d)digital photos of patterned silk fabric[48]

張淑芬團(tuán)隊(duì)采用快速絲網(wǎng)印刷技術(shù)[47](Fig.9a),在各種基材上組裝準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)并呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)色。通過多步印刷工藝易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和多色圖案輸出,同時(shí)在印花漿料體系中加入水性膠黏劑聚丙烯酸酯(PA),能顯著提高涂層在織物上的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。PA 的加入會(huì)降低色彩的亮度(Fig.9b),但炭黑的加入能有效提高顏色的飽和度,最終制備了具有結(jié)構(gòu)色色彩鮮艷、無虹彩效應(yīng)且結(jié)構(gòu)性穩(wěn)定的著色織物。并采用快速噴涂法[48],將水性聚氨酯(WPU)和不同粒徑的聚硫微球(PSFMs)混合乳液噴涂在玻璃基板上,如Fig.9c所示,得到了8種非彩虹結(jié)構(gòu)顏色的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)(APS)涂層,WPU 作為黏接劑的加入,不僅增強(qiáng)了APS涂層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,由于尿素基團(tuán),賦予其自愈合性能;如Fig.9d所示,以水作為溶劑,在各種基材上噴涂PSFMs,也得到了色彩亮麗、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且圖案化的著色絲綢織物,這種方法可以快速大規(guī)模地制備膠晶結(jié)構(gòu),且顏色亮麗,但無法精確控制涂層的厚度。

4 結(jié)論與展望

結(jié)構(gòu)生色相比化學(xué)色更加環(huán)保、不易褪色,如今能夠使用多種方法在不同種類織物上實(shí)現(xiàn)很好的“著色”,已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展,但離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化還有一定的差距。該領(lǐng)域的研究具有廣闊的發(fā)展產(chǎn)量空間,但由于不同組裝方法優(yōu)缺點(diǎn)不一,且原料的局限性,還存在一些亟待解決的問題:(1)單分散納米微球的大量、連續(xù)化生產(chǎn)以滿足紡織印染領(lǐng)域的需求。目前微通道反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)高效的“三傳一反”過程,可將其用于單分散微球的大量連續(xù)化生產(chǎn);(2)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)色如傳統(tǒng)染料混合色的調(diào)配,使結(jié)構(gòu)色覆蓋全可見光范圍,辨識(shí)度更高?？赏ㄟ^不同折射率或者不同粒徑微球的復(fù)配組裝實(shí)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)色的精準(zhǔn)調(diào)控;(3)采用結(jié)構(gòu)色材料印染織物時(shí),如何實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)色圖案的精細(xì)化、高分辨率印染;(4)如何簡(jiǎn)化光子晶體結(jié)構(gòu)色在織物上的“著色”流程,實(shí)現(xiàn)快速、連續(xù)化過程著色。上述問題可通過優(yōu)化目前的大型噴墨打印技術(shù)及“光子晶體墨水”配方,有望實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)色材料的高分辨、快速組裝。以上均是將結(jié)構(gòu)色材料用于紡織印染領(lǐng)域需要努力的重點(diǎn)問題。