基于纳米层状构造的纤维仿生结构生色

本项目从仿生结构生色的思路出发，应用离子自组装技术并结合数码喷墨印花技术在纤维/织物表面构建尺度可控的聚合物基纳米层状结构，在无需应用染料/颜料等化学着色剂的条件下，由多层薄膜对光的干涉效应，在纤维/织物上产生结构色。通过优选阳离子型高聚物和阴离子型无机纳米粒子材料，并结合浓度、pH、离子沉积时间、沉积次数等浸渍工艺因素的控制，数码喷涂参数的调控和纤维表面预处理等系统研究，提高两种聚合物基纳米薄层在折光指数上的差异性和交替叠合的规整性，调控多层结构的层厚和层数，提高光干涉生色效果。期望通过本项目研究，探明实现纤维/织物光干涉结构生色的关键因素和内在规律，揭示聚合物基纳米层状结构构建和调控的机理，建立层状结构参数与光干涉生色关系的模型，为研制和应用柔性并具有光干涉生色效应的仿生功能性材料提供理论指导。

目前纺织品着色的主要途径是通过在纺织品上施加有色物质（染料或颜料）来产生颜色。而在自然界中，许多生物体以特殊的物理结构来产生颜色，即：结构生色。结构色的产生无须染料和颜料等化学着色剂的存在，其实质是特殊组织结构对光的色散、散射、干涉或衍射等作用产生的视觉效果。本项目从仿生结构生色的思路出发，研究静电自组装、光子晶体自组装、模拟数码印花喷涂自组装等途径制备基于纳米构造的仿生结构生色纺织品，并研究相应的自组装过程和结构生色机理及调控规律。.在静电自组装仿生结构生色研究部分，应用静电自组装技术在不同材料的基板和纤维/织物上构建纳米薄膜结构，系统研究了组装条件、基质表面性质、纳米粒子尺度、组装周期数等因素对静电自组装及其结构色的影响；从光学角度阐明了由静电自组装（又称为层层组装）所构建的薄膜性质并非为光学意义上有效的多层结构膜，而是错层组装的有机/无机杂化结构单层膜，并阐明了其结构色的形成机理和调控规律；创新性地提出了在织物表面构建(SiO2/PEI)n结构生色膜的多种驱动力作用和自组装过程模型；制备了具有虹彩效应的薄膜光干涉生色纺织品，且具有良好的手感和色牢度。.在光子晶体自组装仿生结构生色研究部分，首先研究单分散性聚苯乙烯胶体微球的制备与表征，制得粒径在200-400纳米范围，球形度好，单分散性小的PSt和 P(St-MAA)等系列胶体微球，然后应用胶体微球自组装技术，在纤维/织物上构建三维光子晶体结构，研究和探讨在纤维/织物上光子晶体结构的形成机理及其影响因素，制备具有灵动多变的仿生光子晶体结构色效果的纺织品。.在数码喷涂结构生色研究部分，首先研究了纺织品数码印花结构生色的胶体微球墨水制备，探讨了胶体微球性质（粒径、单分散性）、胶体微球浓度和墨水的分散性、pH值和粘度等因素对胶体微球墨水的稳定性和自组装及其结构色的影响，优化了胶体微球墨水配方。进而研究了喷嘴大小、喷嘴压力和组装环境等对胶体微球墨水在织物上的分布及其结构色的影响，确定了模拟喷墨印花工艺的条件，并由数码喷涂方法制备了具有光子晶体结构色的纺织品。.仿生结构生色纺织品具有色彩灵动多变和栩栩如生的特点，且无须依赖化学着色剂的作用，有望发展成为一种全新的纺织品着色途径，但在我们的路上尚有许多奥秘和挑战。