以胶体晶体微球为显示单元的彩色显示材料的研究

利用自组装光子晶体构建彩色显示材料和器件是一个新的研究方向。在本项目中我们将基于微流体技术制备粒径大小、颜色可控的胶体晶体微球。结合微加工和自组装技术对胶体晶体微球进行定位排列，制备以胶体晶体微球为显示单元的彩色显示材料，并实现材料颜色的光、电控制。

在本项目中我们充分整合胶体化学、微流控、自组装等不同技术手段，开发了多种以胶体晶体微球为显示单元的彩色显示材料。. 首先，我们合成了多种单分性的胶体纳米颗粒。我们成功制备了单分散性良好、高磁含量及粒径可控的Fe3O4/PS复合磁性纳米微球，在外加磁场引力及粒子间静电斥力的共同作用下，微球沿磁场方向组装形成非密堆积的链状周期性有序结构，相邻粒子间的距离决定于磁场强度，从而实现了以外加磁场来调制所形成有序结构的光子禁带。类似地，我们还合成了高表面电荷的SiO2、HEMA等胶体纳米颗粒，它们在非密堆积型可调制显示方面有重要应用。相关成果发表于Chem. Soc. Rev., Adv. Func. Mater.. 然后，我们通过微流控技术制备各类胶体晶体微球。我们利用微流控技术快速制备了水/油/水结构的Fe3O4/ETPTA磁性双重乳液薄壁胶囊，每个微胶囊作为显示阵列的一个像素点被外磁场独立控制，实现磁致变色。我们开发了重力驱动微流控装置用来快速批量制备单分散SiO2胶体纳米颗粒，将传统微流控的效率提升了100倍以上。同时，我们还通过设计多重乳液微流控芯片制备了各种光子晶体/水凝胶核壳结构的编码微载体，应用于多色显示和多元生物分析。相关成果发表于J. Am. Chem. Soc.. Adv. Func. Mater., NPG Asia Mater., Nanoscale, Langmuir.. 同时，结合微加工和自组装技术对胶体晶体微球进行定位排列，我们制备了以胶体晶体微球为显示单元的多种彩色显示材料。我们发现，光子晶体微球的球形对称性赋予了其完全角度无偏特性，于是开发了角度无偏的显示器件（如光子纸），并将这种特性用于改善基于色彩的检测技术。相关成果发表于Small, J. Mater. Chem., Nanoscale.. 最后，我们通过引入敏感材料，实现了对光子晶体显示材料颜色的光、电、磁、机械力等外场调控。相关成果发表于Nanoscale, Soft Matter, Chem. Commun., ACS Appl. Mater. Inter.. 本课题开发了多种以胶体晶体微球为显示单元的彩色显示材料，实现了预期目标，并拓展了这类材料在其他方面的应用。