单层硅纳米球可产生明亮的结构颜色，且与视角无关。颜色可以通过球体的直径来控制，较小的颗粒较蓝，较大的颗粒较红。图片来源：日本神户大学
科技日报记者 张佳欣
日本神户大学开发了一种新方法，可产生永不褪色的结构色，且不受限于视角，还能被打印出来。这种材料对环境和生物的影响很小，而且可以薄涂，有望显著改善传统涂料的重量。研究论文发表在30日《美国化学会应用纳米材料》杂志上。
当光从平行的纳米结构反射时，结构色就会出现。比如蝴蝶翅膀或孔雀羽毛的颜色就来自结构色，其优点是不会随着时间的流逝而褪色，也不会随观察角度改变而改变。生活中最常见的结构色例子可能是光盘：从不同角度看一张光盘，能看到不同的颜色。这种随观察角度改变而变化的颜色叫虹彩色。从工业角度来看，排列整齐的纳米结构不容易上色或打印，并且颜色取决于视角，这使得材料呈现虹彩色。
日本神户大学材料工程师一直在开发一种产生颜色的全新方法。在前期工作中，他们实现了精确的粒径控制并开发了球形和晶体硅纳米粒子的胶体悬浮液。这些单一的硅纳米颗粒通过米氏共振现象以明亮的颜色散射光线，这使工程师们能够开发结构色墨水。
在米氏共振中，大小与光波长相当的球形粒子对特定波长的反射特别强烈。这意味着，只需改变颗粒的大小，就可以控制颜色。
新方法产生的颜色不是由邻近结构反射的光相互作用产生的，而是由它在单个硅纳米球周围的高效散射产生的。
研究人员表示，单层稀疏分布的硅纳米粒子厚度只有100—200纳米，颜色鲜艳，每平方米的重量不到0.5克。这使其成为世界上最轻薄的彩色涂层之一。
他们使用计算机模拟来探索不同情况下墨水的特性。结果表明，尽管纳米球覆盖的表面很小，但反射率很高，这是由于其具有非常大的散射效率。这意味着，着色只需极少量的硅晶体。
经过进一步的开发和完善，研究人员期待着他们的技术有更多有趣的应用。例如，飞机涂层的颜料有几百公斤重，如果使用基于纳米球的墨水，或许能够将重量降低到原来的10%以下。
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