中国科学家研发的不退色的变色环保图料登上《科学》子刊

再高级的染料都可能退色，但是从来没有甲壳虫的颜色退色或者是蝴蝶翅膀退色，因为这些颜色都是结构色，具有色彩反射率高、饱和度高、不易褪色、环保等特点。

复旦大学材料科学系教授武利民团队将直径为数微米至十几微米的聚合物胶体小球组装成了最新的结构色材料。这一材料将可用于智能显示、交通标志等领域。

研究工作已得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委和复旦大学聚合物分子工程国家重点实验室等的共同资助。该研究已申请中国和美国专利各一项。

相关成果北京时间8月10日在线发表于《科学》旗下主要子刊《科学进展》（Science Advances, 2019, 5, eaaw8755)。德国公共电台科技频道对这一成果进行了电话采访报道，多家媒体也对该成果进行了报道。

现有的自然界或人工合成结构色材料的反射类型基本为漫反射或镜面反射，很少有材料表面反射的第三种类型——逆反射，即反射光线射回光源方向的现象。并且，这些结构色材料难以同时兼有随角异色和随角不变色的特性。而且，现有的商业逆反射材料的颜色主要来源于化学颜料，不仅生产和使用过程中污染严重，而且褪色、无智能响应功能。

武利民团队将直径为数微米至十几微米的聚合物胶体微球组装到普通透明聚合物胶带的粘胶层上成单层微球阵列，首次报道了一种既具有逆反射、又同时具有随角异色和随角不变色的智能响应结构色薄膜材料，揭示了其智能响应结构色形成机理，并探索了其在智能显示等领域上的应用。

这一大面积逆反射结构色薄膜，在室内光线下，有球的薄膜面和无球的薄膜面均显示无色，但在白光光源的照射下，无球薄膜面显示逆反射智能结构颜色：即，从照明的方向可观察到均一、明亮的逆反射结构色，且随角不变色；而从非照明方向观察时，薄膜随照明角或观察角变化而显示不同的颜色，未见自然界和人工合成材料有相关光学特性的报道。通过调节微球的粒径可以控制空气层的厚度，从而产生不同颜色的结构色。

该逆反射结构色薄膜在智能显示、交通安全反光设施、防伪标签、结构色涂层和装饰等领域具有重要应用价值。

如，薄膜应用于夜间交通反光标牌或广告牌时，由于车灯照明的方向和司机的视角处于同轴，司机从远到近可观察到均一、鲜艳的反光颜色；而路边的行人由于视角和车灯照明方向处于不同轴，随着车辆由远及近可观察到不断变化的反光颜色，从而可有效提醒行人（特别是佩戴耳机或听力受损者）主动避让后方的车辆，避免交通事故的发生。通过一定的照明和观察方式，该薄膜或涂层还可实现其他的智能交通显示功能，如具有交互式变色和闪烁功能的交通信号标牌等。

武利民课题组的博士后范闻和博士生曾静，及纽约州立大学布法罗分校的甘巧强教授为该论文的共同第一作者，武利民为该论文的通讯作者，复旦大学物理学系石磊教授团队多次参加了讨论。

▲逆反射结构色薄膜的（A-D）制备步骤, （E-I）结构和光学特性，以及（J）照明/观察同轴时随角不变色和（K）照明/观察不同轴时随角变色的示意图。

▲（A）逆反射结构色薄膜制备的交通反光标牌在夜间道路上应用的示意图，以及车辆距离标牌不同距离L时（80米、50米、30米）（B-D）行人视角和（E-G）司机视角的照片。

▲行驶中的车辆离由远及近80米，40米，15米和10米时（a-d）司机视角和（E-G）行人视角的广告牌变化

作者：姜澎
编辑：金婉霞
责任编辑：顾军

*独家稿件，转载请注明出处。