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在传统颜色材料中,化学染料和颜料都面临着老化甚至褪色的问题,如壁画经过长期的暴晒后会褪色和脱落。受到自然界的启发,研究人员发现一些自然生物所呈现的颜色是源于其自身的微纳米结构,并能够永远保持这种美丽的颜色。这种由微纳米结构与光线相互作用所呈现出来的颜色称为结构色。因为拥有独特的抗褪色特点,结构色在众多领域,特别是颜色相关领域展示出巨大的应用潜力。具有无角度依赖性的非虹彩结构色通常是由长程无序而短程有序的非晶态光子结构产生的。然而这种非晶态光子结构往往会产生大量的非相干散射导致其所呈现的颜色泛白和颜色饱和度低。同时在传统的三维光子晶体结构中,胶体微球相互作用力非常弱,导致结构色材料非常脆弱、机械稳定性差,这严重阻碍结构色材料的实际应用。此外,当液体浸润结构色材料时会导致其失色,所以结构色材料可应用的场景受到了限制。为了解决上述的问题,本论文对提高结构色涂层饱和度、机械稳定性和疏水性能等方面进行探索研究。(1)采用无皂乳液聚合法制备出单分散性的水合粒径为158 nm、201 nm和247 nm聚苯乙烯(PS)纳米微球作为胶体微球。然后用黑色吸光物质聚多巴胺(PDA)包覆在PS纳米微球表面制备出水合粒径为179 nm,223 nm和260 nm PS@PDA纳米微球。通过动态光散射和SEM证明其具有良好的单分散性,可作为后续结构色涂层的自组装结构单元。(2)通过壳聚糖(CS)与PS@PDA纳米微球共同自组装制备出牢固的结构色功能涂层。通过扫描电镜(SEM)、反射光谱、光学图片等证实将CS引入到PS@PDA纳米微球的自组装体系,不仅能使结构色涂层呈现出无角度依赖的结构色,而且还能大大抑制裂纹的产生提高结构色涂层的机械稳定性。通过考察CS与PS@PDA纳米微球之间的质量比对结构色涂层性能的影响,发现当两者质量比为1:10时,结构色涂层有较高的颜色饱和度,形貌无裂纹且经过手指擦拭300次和超声破坏90 min后结构色涂层依然保持100%的完整度。一方面所制备的PS@PDA/CS结构色功能涂层可以应用在光滑坚硬的基底上。在经过结构色涂层附着力测试,在玻璃上的附着力为2.42 MPa;在PVC板上的附着力为0.74 MPa;在不锈钢板上的附着力为3.63 MPa;在瓷砖上的附着力为4.13MPa。另一方面还可以应用在柔性的棉织物上,经过两次折叠测试,15次标准摩擦试验和15 min的模拟洗涤试验,涂有PS@PDA/CS结构色功能涂层的棉织物始终呈现出坚固的机械稳定性和良好的颜色饱和度。(3)通过单羟基聚二甲基硅氧烷(PDMS),六亚甲基二异氰酸酯三聚体(HDIT)为原料对PS@PDA/CS结构色功能涂层表面进行修饰制得疏水性的非虹彩结构色功能涂层。通过SEM和原子力显微镜(AFM)测试证明结构色功能涂层表面具有良好的粗糙度,为447nm。探究了不同浓度PDMS对非虹彩结构色功能涂层的疏水性能和呈色性能的影响。利用接触角测量、光学图片、反射光谱和SEM等测试得知当PDMS浓度为2 wt%时,疏水性非虹彩结构色功能涂层疏水性能最佳,接触角为142°,此时结构色功能涂层依然保持较好的呈色性能。