作者:Phys Thamarasee Jeewandara
（同organic）有机 从向列相粘土双层产生结构色的原理
(一)合成钠氟锂蒙脱石的2D层状结构示意图
当浸入水中时，Na-FHt自发地形成单个1纳米厚的纳米片[单层(SGLs)]的向列相
双2纳米厚层向列相生产方案示意图
(三)从零离子强度的SGL水悬浮液中获得的结构颜色
零离子强度下DBL水悬浮液的结构颜色
粘土浓度以体积%给出
(五)从层状布拉格叠层悬浮液获得的反射结构着色原理
每个薄片都是半透明的，反射部分入射白光，然后根据布拉格-斯内尔定律建设性地干涉，从而增强单一颜色，该颜色取决于层距离和观察角度(彩虹色)
深色背景会吸收透过整个堆栈的白光
草图中只显示了DBL的情况
信用:科学进展
在一份发表在科学进展的新报告中，保罗H
Michels-Brito和一组来自德国和挪威的物理、无机化学和物理化学的研究人员展示了如何通过二维纳米粘土矿物片轻松快速地实现明亮的非彩虹色结构着色
结构颜色可以来源于粘土矿物纳米片溶液，通过光在纳米结构反射和散射后的相长干涉，纳米结构具有与可见光波长相当的周期性
科学家们通过使用双层粘土纳米片来优化粘土折射率，极大地提高了亮度，否则粘土折射率会阻碍这种系统的结构着色
通过改变粘土浓度和离子强度，可以精确地和可重复地调节结构颜色，以容易地获得非彩虹色
这种粘土设计的纳米片可以嵌入可回收的固体基质中，以同时提供可调的、鲜艳的颜色、机械强度和稳定性，从而为可持续的颜色打开一个以前未知的区域
自然界和实验室中的结构着色 结构色是由光子波产生的，光子波在纳米结构反射和散射后发生相长干涉，其距离相当于可见光的波长
结构着色的机理与染料或颜料的吸光度有根本的不同
例如，对于结构颜色，该材料可以是半透明的，其中可以通过调节纳米结构来调节颜色光谱
这种机制可以与吸收光的深色色素结合，正如自然界中主要的生物着色机制所指出的那样；以鸟类、海洋动物、一些哺乳动物、昆虫和某些植物为特色
结构着色的概念也引发了工业领域的巨大兴趣，包括欧莱雅的光子化妆品和Morphotex来代表生物灵感设计
然而，制造这一概念所需的大量时间是高档工业应用的主要限制
结构着色依赖于彩虹色，例如蓝鸟和蝴蝶的羽毛可以用胶体粒子来模仿
在这项工作中，米歇尔-布里托等人
设计了一种由向列相粘土双层(DBLs)产生结构色的方法
该团队选择了合成氟锂蒙脱石钠(Na-FHt)——一种合成粘土矿物，相对于结构均匀性、窄电荷分布和大纵横比而言，它具有优越的质量，该团队将其描述为材料特性
通过在悬浮液中加水来调节结构颜色
在石英试管的一半插入一种浅蓝色的粘土双层悬浮液
另一半装满了水
与注射器针头混合后，样品呈现出广泛的结构颜色
这种结构颜色的多样性是悬浮液不完全均质化的结果，这导致试管内样品上的区域具有不同的浓度，从而导致结构颜色的广泛范围
科学进展，10岁
1126/sciadv
abl8147 实验 研究人员根据可见光的波长范围调整了钠水比和纳米片间距，在可见光波长范围内，覆盖整个光谱的光子布拉格叠层可以快速轻松地产生
悬浮的单层产生平滑明亮的颜色
然而，该团队可以通过应用钉在一起的两个悬浮单层的双层来改善结构颜色的亮度和非亮度
作为这一机制的直接仿生模拟，Michels-Brito等人
由于它们能够通过渗透驱动的变化来调整它们的结构颜色，所以比较了Loliginid鱿鱼
DBLs(双层)的结构着色依赖于共面(类乐高)粘土纳米片之间的强静电排斥，通过简单地添加适量的水并选择建设性干涉的波长，将它们分隔到不同的距离
科学家们利用布拉格-斯内尔定律描述了来自单个纳米片的白光的相长干涉
因此，观察到的颜色取决于层距离和观察角度(彩虹色)
该团队通过调整路径长度为1毫米的扁平石英比色皿中悬浮液的粘土浓度来调节纳米片分离，以显示通过向溶液中加水来快速调整结构颜色的可能性
向列相粘土DBLs结构颜色的表征和控制
(一)R1和R2山脉的结构颜色(图
S6显示双折射)
(二)RSP为R1范围
(三)RSP为R2范围
(四)RSP最大值(带误差线)与体积%和线性拟合
(五)RSP最大值(带误差线)与体积%和线性拟合
如何确定RSP最大值以及如何从这些拟合中估计误差的细节在图2中解释
正常人血清中的一种蛋白质成分
(F)d-间距(带误差线)与从R1和R2范围和线性拟合获得的体积%的关系
(G) RSP最大值与离子强度和相应的观察到的结构颜色的关系
一阶颜色的国际委员会图
(一)黑色和白色背景的效果
信用:科学进展
向列相粘土DBLs的非荧光结构颜色
(一)不同角度的结构色(5°和30°)
(二)给出彩虹色的结构顺序草图和可能的无序因素草图，结合起来可以解释观察到的非彩虹色
信用:科学进展
优化工业应用技术 双层呈现两种不同的结构颜色变化，其中有效折射率可以使用小角X射线散射和反射分光光度计数据来确定
由于静电相互作用控制纳米片的分离，颜色可以通过改变离子强度来调节
例如，通过增加红色双层溶液的离子强度，该团队可以通过增加静电屏蔽来减少纳米片分离，从而使结构颜色蓝移
在研究过程中，所有的样品都出乎意料地呈现出非彩虹色
仔细观察后，他们注意到基于视角的颜色亮度略有不同
向列相粘土溶液的不透明性是由与纳米片弯曲和起皱相关的局部无序和纳米片平面内的涡轮层状组织的组合造成的
Michels-Brito等人
在固定空间的石英试管中研究样品，密封的样品“放在桌子上”超过4到5天，显示出一些彩虹色
对于在盐水中制备的样品，由于溶液的沉降改变了颜色，这种降解时间缩短了两天左右
团队通过轻轻摇动比色皿迅速恢复了颜色
这两到五天的时间尺度提供了足够的间隙来固定透明基质中结构颜色的非荧光性质，用于颜料制造的次级工业辊对辊加工
薄膜的厚度可以减少到1毫米以下，在200米厚的溶液中形成颜色
钠氟锂蒙脱石结构
橙色八面体位置(粉色球体)包含部分被锂取代的镁
八面体薄片夹在蓝色四面体薄片之间
四面体位置(深蓝色球体)含有硅
浅蓝色球体是氟，红色球体是氧
绿色球体是层间阳离子，通常是来自合成的钠离子
信用:科学进展
观点 这样保罗·H
Michels-Brito等人
介绍了一个系统，该系统说明了粘土矿物的可持续性和丰富性，用于从化妆品到医疗保健以及窗户和瓷砖等各个领域的升级应用
这项关于合成粘土的研究成果可以转移到天然粘土上，在天然粘土中，蛭石本身就是提升这一概念的最合适的候选材料
该团队设想将少量剥离的粘土纳米片加入到聚合物基质中，包括可生物降解的生物聚合物和水凝胶基质，以增强结构，从而调节所得复合材料的机械强度和稳定性
这些结果在化妆品和个人护理应用中具有很高的影响力，以形成更可持续和可回收的配方，并实现循环经济的目标
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