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2026年9月,由复旦大学、剑桥大学、光驭科技联合完成的研究成果发表于国际顶级学术期刊《Science》,题为"单体介导工业级胶体光子晶体薄膜的制备"。该研究证明,光子晶体结构色技术能够突破长期困扰产业界近四十年的制造瓶颈(传统制备方法如蒸发诱导自组装、剪切诱导组装等往往在组装速率、光学质量和机械性能难以兼顾),实现工业级连续化生产,为结构色材料从科学探索走向规模应用建立了可行性路径。
研究团队选用聚合物核壳微球为模型,将单体与微球乳液均匀混合,并进一步开发了集涂布、干燥、剪切组装、紫外光固化和收卷于一体的卷对卷连续制造工艺。 单体与微球这种相互依存的特殊状态,能同时满足工业化生产的两大核心需求:无外力剪切时,材料体系稳定性强,能抵御产线加工过程中的各类扰动,减少颗粒结块、气泡、薄膜开裂等缺陷;施加剪切外力后,胶体颗粒又具备充足活动空间,在常温下快速移动、规整排列,形成有序结构。 待颗粒排布完成,再通过紫外光引发单体聚合,固定结构。由此,这套工艺实现了胶体粒子的稳定分散、快速有序组装、结构固化的三道关键工序,并在产线上一体化高效完成。
最终,研究团队以25米/分钟的速度,成功连续制备出长4000米、宽1.3米、厚15μm的胶体光子晶体薄膜。成品薄膜色彩鲜亮通透,只需更换不同粒径的胶体微球,就能批量制备出各种颜色的结构色薄膜。 据悉,胶体光子晶体薄膜可在防伪商标、炫彩车衣、建筑材料、消费电子产品、运动服装和鞋材等领域拥有广泛的应用机会。 光子晶体薄膜的性能优势 光子晶体概念自1987年被提出以来,凭借微观周期光学结构实现的物理显色特性,成为全球材料领域重点探索的前沿方向,被视作替代传统化学显色材料的核心升级方案。 提到颜色,我们的第一反应是“油墨”、“油漆”、“涂料”。这类传统颜料大多依靠复杂化学分子显色,其生产过程往往伴随污染物排放,使用久了还会掉色、刮花,拉扯后色彩还容易斑驳脱落。 而研究团队开发的胶体光子晶体薄膜则是另一种色彩解决方案:靠表面微观的物理结构反射光线产生颜色。
在自然界中,硅藻、蜘蛛丝、一些蝴蝶翅膀和甲虫的外壳,其呈现出的亮丽色彩正是源于这种方式。 胶体光子晶体的关键特性之一在于其结构色的可调性。通过改变颗粒的尺寸、颗粒间的距离或周围环境的折射率,其反射光的颜色就能发生肉眼可见的变化。
胶体光子晶体薄膜拥有以下优势: ▪ 色彩持久:纯物理结构发色、抗UV性能优异、耐候性强。 ▪ 环保安全:无重金属、无染料、低VOC。 ▪ 动态美学:在拉伸或形变作用下,微观结构间距发生动态改变,呈现出流转变幻的色彩光泽。 ▪ 功能与美学融合:具备高透光率,不遮挡近红外信号,且不干扰电磁信号(5G/ADAS畅通无阻),是消费电子等领域的理想载体。 光子晶体薄膜的应用机会 据悉,参与此次联合研究的光驭科技已拥有成熟的Amberane®光子晶体薄膜产品。
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