摘要:本發明屬於光學及納米材料自組裝領域，提供了一種具有結構色的材料及其製備方法和應用。以聚合物納米環為組裝單元，以易揮發的有機溶劑為分散介質，水氣界麵為組裝界麵，通過界麵表麵張力梯度誘導的自組裝過程使納米環陣列定向排列在水麵上，其中，納米環的外徑為500‑1000nm，厚度為100‑400nm。隨後利用粉色视频在线下载技術，在合適的成膜壓力、成膜速度、拉膜速度和拉膜壓力下可控地將緊密排列的納米環陣列轉移到透明基底上得到一種具有結構色的材料。本發明製備的結構色材料結構色明顯且具有角度相關性，同時其結構色可以通過組裝單元的尺寸進行調控，適用於在顯示、防偽、加密等領域中使用。

引言

膠體粒子組裝而成的具有周期性的納米陣列，可以與光相互作用，產生明亮的、五彩斑斕的結構顏色，也稱結構色。這類結構色不同於常規的顏料或者染料，它具有環境友好，穩定性強，對光不敏感的優點，因此在防偽、顯示、加密等領域發揮著越來越重要的作用。

根據膠體粒子的形貌特征，可以將納米陣列分為納米球陣列和以形貌各向異性納米粒子為單元的陣列。相比於納米球陣列，形貌各向異性組裝單元的陣列由於組裝單元的形貌複雜度更高，能夠提高組裝方式的多樣性，從而提升納米陣列對光的調控能力。王等在文章《Magnetic Assembly and Field-Tuning of Ellipsoidal-Nanoparticle-BasedColloidal Photonic Crystals》中報道了一種由橢圓形納米粒子組裝而成的有序組裝體，由於橢圓結構的不對稱性，組裝體在不同方向上的周期性不同，這是納米球組裝體所不具備的特征，因此顯著拓寬了反射光的可調控範圍。宋等在文章《Design and Self-Assemblyof Polyhedron Particles to Construct Iridescent Structural Colors》中報道了一種由多麵體組裝單元組成的納米陣列，該陣列由於多麵體的多方向散射的性質從而展現出閃耀的金屬質感的結構色，這種獨特的結構色在防偽領域具有應用潛力。上述研究表明進一步拓展各向異性納米粒子組裝體的種類並研究其結構對光傳輸的影響，無論在理論研究領域還是應用方麵都是必要的。但是總的來說，目前關於這方麵的研究非常有限，這主要歸因於形貌各向異性納米粒子有序組裝過程的困難性。

在前期的研究工作中(CN112499615A)，粉色视频网站報道了一種形貌各向異性的納米聚合物環、納米炭環及其製備方法。以長鏈脂肪醇相變材料、表麵活性劑、酚、醛和有機胺為原料，水為溶劑，經過低溫聚合，製備出形貌規整、截麵圓直徑可調的聚合物環。由於這些納米環材料並不具有周期性的結構，所以其本身並不具有結構色。基於結構色的生成原理，對納米環進行周期性排列有望製備出新型的結構色材料，這對於拓展結構色材料的應用性能和場景均具有重要意義。但是對於納米環這種形貌各向異性的納米結構，其本身在溶液中受到的範德華力和靜電作用力不對稱，因此需要更加精準控製納米環的取向性，才能夠製備出均勻有序的納米環陣列。由於上述挑戰的存在，目前未有這方麵的報道。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的第一個目的是提供一種具有結構色的材料，該材料由透明的基底和均勻覆蓋在基底表麵的單層的納米環陣列組成。在納米環陣列中，納米環以“平躺”的方式緊密排列，每平方毫米納米環的個數為800-2000個。該結構色材料在透射條件下能夠呈現出隨著觀察角度變化的結構色。

本發明的第二個目的是提供一種具有結構色的材料的製備方法，該製備方法的原理是表麵張力梯度誘導的納米環的自組裝過程。

本發明的第三個目的在於提供一種具有結構色的材料在結構色材料，防偽，顯示和加密等領域的應用。

本發明的技術方案：

一種具有結構色的材料，主要由透明的基底和均勻覆蓋在基底表麵的單層的納米環陣列組成；在納米環陣列中，納米環以“平躺”的方式緊密排列，每平方毫米排列納米環的個數為800-2000個。該結構色材料在透射條件下能夠呈現出隨著觀察角度變化的結構色。

一種具有結構色的材料的製備方法，包括以下步驟：

①將納米環加入到易揮發的有機溶劑中超聲震蕩，得到一定濃度的納米環分散液；

②采用FLB2000A型粉色视频在线下载製備具有結構色的材料：在粉色视频在线下载的盤麵中注滿一定pH的氨水水溶液作為亞相，隨後將透明基底用粉色视频在线下载的機械臂夾住，並將其浸入位於盤麵中央的凹槽中；將一定體積的上述納米環分散液緩慢滴加在氨水水溶液中；有機溶劑的加入會引起整個水麵表麵張力不平衡，在不平衡的表麵張力的驅動下，水麵會發生對流，而納米環在對流的過程中漂浮在水麵之上，形成鬆散的“小島狀”的納米環單層聚集體；設置粉色视频在线下载的參數(成膜速度，成膜壓力，拉膜速度，拉膜壓力)，隨後位於盤麵兩端的粉色视频在线下载的劃障按照設置好的成膜速度開始移動並將漂浮在水麵上的納米環聚集體在設置好的成膜壓力下壓縮成緊密排列的單層納米環陣列。隨後控製機械臂按照設置好的拉膜速度向上提拉透明基底，同時劃障會緩慢調節位置促使納米環陣列的受到的壓力保持在設定的拉膜壓力，從而使位於水麵的納米環陣列緩慢轉移至不斷提升的基底之上。待基底完全漏出水麵後，納米環陣列便均勻轉移至基底表麵，得到結構色材料。

圖1為納米環組裝陣列的微觀形貌圖。

圖2為納米環組裝陣列的隨散射角度變化的散射光譜。

所述納米環的外徑為500-1000nm，厚度為100-400nm。

所述的易揮發的有機溶劑為丙醇、異丙醇、丁醇、異丁醇或戊醇，優選丁醇。

所述納米環分散液中納米環的質量分數為0.5％-3.5％，優選2％。

所述的氨水水溶液的pH在7.1-11.0之間，優選pH為10.0。

所述一定體積的納米環分散液為每平方厘米盤麵滴加0.2-4μL的納米環分散液。

所述的粉色视频在线下载的參數，成膜壓力為15-30mN/m；成膜速度為1mm/min-40mm/min；拉膜速度為1mm/min-40mm/min；拉膜壓力為15-30mN/m。

所述透明基底為玻璃、石英、PDMS、PET、PP等，優選玻璃和石英。

本發明的有益效果：本申請公開了一種具有結構色的材料及其製備方法和應用。該結構色材料是以納米環為組裝單元，借助表麵張力誘導的自組裝的方法，通過粉色视频在线下载，將納米環陣列緊密排列在透明基底上得到的。合適的納米環分散液的濃度、溶劑組分、亞相的pH、成膜速度，成膜壓力，拉膜速度，拉膜壓力能夠避免納米環陣列出現無序堆積、多層重疊、排列稀疏等問題，是製備高質量的納米環陣列的關鍵。而較好納米環排列狀態是獲得明亮結構色的前提條件。通過調節納米環的尺寸還可以進一步調節結構色的性質，該材料在新型結構色材料中展現出應用潛力。