高饱和度氧化锆超结构色剂的制备及其颜色调控机理

Our work will focus on the structure color of pigments of metamaterial zirconia, improving the saturation and hue and making it give brilliant colors. A few high saturation pigments of metamaterial zirconia will be fabricated by colloidal crystal template doped by various content of situ generated carbon. Synthesis mechanism, microstructures, as well as control theory of this material will be investigated systematically. Effect of the content of situ generated carbon in pigments of metamaterial zirconia on reflection, scattering, absorbing mechanism in the band gap and coloring performance of the material will also be studied to master the reasons of current low saturation of pigments of metamaterial and generally showing iridescence.The method and mechanism of improving the saturation of pigments of metamaterial zirconia will also be revealed. Effect of various content of situ generated carbon in pigments of metamaterial zirconia on the rules of tuning colors and coloring effect of blending a variety of these pigments will be quested.The basic methods and standards of measuring the saturation and hue of pigments of metamaterial zirconia will be determined.The development of pigments of metamaterial will have an important influence on solving the low saturation and hue of pigments of metamaterial, difficulties of blending a variety of these pigments, applications in display technology, counterfeiting, probe, aerospace as well as new kind high-tech products.

本项目拟着眼于氧化锆超结构色剂的结构色，提高颜色的饱和度和色度，使其呈色明亮，实现对颜色的调控和多种色剂的构色为目标。针对目前超结构色剂呈色饱和度低，总体呈现彩虹色的研究现状，提出通过模版法，并利用原位反应引入碳第二相来制备多种高饱和度的氧化锆超结构色剂。系统研究其反应合成机理、微结构及其控制原理，分析原位反应引入碳第二相对其光子禁带的反射、散射、吸收机制和呈色性能的影响规律，揭示影响氧化锆超结构色剂饱和度的因素及其影响机制。同时，寻求不同含量的碳第二相对氧化锆超结构色剂颜色的调控规律，探索多种色剂搭配的呈色效果。建立测定氧化锆超结构色剂饱和度和色度等的基本方法和标准。本项目研究的材料对于解决超结构色剂的呈色饱和度低以及配色使用困难，对于发展超结构色剂在显示技术、防伪、探测、航空航天以及新型高技术产品的应用方面具有巨大的潜在应用前景，相关工作的开展具有十分重要的理论与实际意义。

传统色剂的生产会引起水资源的大量消耗，造成环境污染，一些色剂有毒、不可降解和易褪色，研究与开发生态环保的新型色剂技术成为热点。结构色的产生是由于超结构中光子带隙的存在，当带隙的范围落在可见光范围内，特定频率的可见光将不能透过该结构，这些不能传播的光被超结构反射，在具有周期性的超结构表面形成相干衍射。这些很窄波段的光被眼睛所感知，就产生结构色。结构色因具有高亮度、高饱和度、永不退色和环境友好性而日益受到国内外学者的广泛关注。目前，人工合成的超结构色剂通常呈色微弱，在特定的角度反射出彩虹色，只有有经验的人在特定的角度下才可以察觉到彩虹色。.本项目着眼于氧化锆超结构色剂，提高颜色的饱和度，使其呈色明亮，实现对颜色的调控和多种色剂的构色为目标。针对目前超结构色剂呈色饱和度低的研究现状，提出通过模版法，利用原位反应引入碳第二相来制备多种高饱和度的氧化锆超结构色剂。系统研究了其微结构及其控制原理，分析原位反应引入碳第二相对其光子禁带的反射、散射、吸收机制和呈色性能的影响规律。寻求不同含量的碳第二相对氧化锆超结构色剂颜色的调控规律。.研究结果表明，由于纳米碳粉的吸附作用可吸收由于聚苯乙烯微球粒径的差异和排列结构缺陷所产生的杂色光，采用碳添加可显著提高聚苯乙烯胶体晶体的色饱和度和角度依赖性。随着纳米碳粉添加量的增加，聚苯乙烯胶体晶体的色饱和度逐渐增强。通过改变聚苯乙烯微球的大小、粒径差异、排列缺陷和碳添加量可以实现对颜色和色饱和度的可控制备。通过对工艺参数的优化可实现对聚苯乙烯模版的可控制备。通过原位合成法引入碳对氧化锆超结构色剂的呈色性能进行了改性，随着原位合成引入的碳量的增加，氧化锆超结构色剂的色饱和度提高，角度依赖性较低，实现了对其颜色和色饱和度的可控制备。本项目研究的材料对于解决超结构色剂的呈色饱和度低，对于发展超结构色剂在显示技术、防伪、探测、航空航天等方面具有巨大的潜在应用前景。