在我们生活的这个充满活力的世界里，颜色不仅对审美和愉悦有重要意义，而且对交流、信号和安全也有重要意义。颜色是通过分子对光的吸收产生的，即色素的颜色，或者通过纳米结构对光的散射产生的，即结构色。
结构色可以在没有颜料的情况下产生不褪色的颜色光谱，有可能取代有毒的金属氧化物和有机颜料。然而，挑战也存在。许多传统的结构色是彩虹色，因此不适用于广角显示。最近的非虹彩结构色的例子已经发现，缺乏足够的色彩饱和度，在缺乏吸收材料，以减少非相干散射。
这些超级球中的颜料可以用于从服装、油漆到化妆品的所有领域。
具有类似于水的壳折射率（RI）的核-壳纳米粒子已被用于调整核之间的间距，以实现非虹彩颜色的最佳散射，但仅在溶液中。尽管自底向上和自顶向下的方法都被广泛使用，但对于大规模生产结构颜色的可扩展过程仍有需求。
共同努力
在这项研究中，来自阿克伦大学、西北大学和根特大学的科学家们展示了一种可行的解决方案，可以产生受鸟类羽毛启发的结构颜色。他们的研究结果发表在《科学》杂志创办的开放获取在线期刊《科学进展》上。
Ali Dhinojwala博士
大自然提供了许多结构色彩的壮观例子，比如鸭子翅膀的羽毛和野生火鸡的羽毛。他们早期的研究揭示了黑色素的基本特性——在皮肤、头发、眼睛和色彩鲜艳的鸟类的羽毛中发现的一种天然色素——这些例子为设计用于生产明亮结构颜色的核壳合成黑色素纳米粒子提供了生物灵感。
黑色素已经存在了数百万年。“黑色素是一种重要的生物材料，迄今为止在材料科学和技术应用中尚未得到充分利用，”UA的Ali Dhinojwala博士说，他是高分子科学的H.A.莫顿教授，也是该项目的主要研究者之一。
在这项最新的研究中，研究小组发现，当小包的合成黑色素被包装成半有序的球形颗粒时，它们会产生结构颜色。结构色是通过光与具有亚微米尺度图案的材料相互作用而产生的，这些材料反射光线，使某些波长更亮，而另一些波长更暗。
全光谱的颜色可能
“我们用来制造这些粒子的化学物质是基于制造黑色素的主要成分，”迪诺瓦拉说。“然后我们把这些黑色素粒子用一个非常直接的过程自我组装成一个结构。这和我们在家里看到的东西很相似，比如把油和水混合在一起产生乳剂。这些乳剂基本上允许我们将这些粒子组装成光子墨水，我们称之为光子超级球。”
这些纳米颗粒是用一锅反乳化工艺自组装的，现为博士后研究员的肖明补充说。“这导致了明亮而非彩虹色的超级球。只要把合成黑色素和二氧化硅这两种成分结合起来，我们就能产生全光谱的颜色。使用黑色素作为核心材料，由于其独特的高RI和宽频光吸收的结合，可以提高超球的亮度和饱和度。此外，黑色素具有生物相容性，可以在一纳秒内将近90%的紫外线辐射消散为热量，这使得这些基于黑色素的超级球适用于化妆品或抗紫外线油墨。”
研究小组的其他主要成员是西北大学的Nathan C. Gianneschi博士和Matthew Shawkey博士，他曾在UA工作，现在是比利时根特大学的生物学副教授。该团队的成员包括来自加州大学圣地亚哥分校、四川大学和上海交通大学的科学家。
参见:
►科学新闻：微小的“超级球”为创造持久的颜色提供了新的思路
科学：不会褪色的新型染料是由与皮肤着色相同的分子组成的
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