文档介绍：基于多维光子晶体及非晶光子晶体的结构色构筑研究进展
摘要：自然界中的颜色不仅仅来源于化学色素，还有很大一局部来源于光与微观结构相互作用后显现的结构色。光子晶体以及非晶光子晶体构成的结构色受到了广泛的关注。光子晶体微观结构包括组成一维光子晶体的纳米薄膜，组成二维光子晶体的线型或带状材料，以及组成三维光子晶体和非晶光子晶体的纳米微球等。不同于传统的化学色素，结构色由于颜色鲜艳不褪色，无毒无污染等优点而备受关注。本文主要以纳米薄膜组成的一维光子晶体和纳米微球组成的三维光子晶体和非晶光子晶体为例，综述了基于微球自组装以及连续薄膜包覆形成光子晶体及非晶光子晶体结构色的方法，并详细阐述不同光子晶体及非晶光子晶体产生结构色的原理和各种方法中常用的材料，不同方法的适用范围，优缺点和相应结构色的潜在应用。
关键词：纳米微球;纳米薄膜;光子晶体;非晶光子晶体;结构色;组装
?中国医院建筑与装备?(月刊)创刊于2000年，是中华人民共和国卫生部主管、卫生部医院管理研究所主办的卫生工程与医学装备技术学科领域的权威刊物。
什么是颜色?人类对颜色的认识和应用拥有漫长的历史，也因此激发了对颜色本质的探究。1666年，著名物理学家牛顿发现太阳光通过三棱镜后可显示出红橙黄绿蓝靛紫等多种颜色，首次建立了颜色与光的联系，之后关于颜色的研究越来越多【1】。本质上讲，颜色是人眼睛对光的一种心理响应。1721年牛顿指出，光可能是单一或者混合频率的电磁波。因此，颜色即人眼睛受某种电磁波的刺激而产生的心理响应。产生颜色的机理大致分为5种：a)电子的振动和简单激发，b)电子配位场效应的跃迁，c)电子在分子轨道间的跃迁，d)电子在能带中的跃迁，e)几何和物理效应[2-3]。
在对颜色本质的认知根底上，人类也掌握了颜色的不同创造方式。现有的生色技术主要是化学生色，即染料色素染色，显示的颜色主要來源于电子在分子轨道上的跃迁。光照射在色素上时，色素对光选择性的吸收、反射和透射从而产生出颜色。但是色素不能长时间的保持颜色，经过一段时间后色素中产生颜色的有机分子和离子会和环境中的成分发生作用，从而产生褪色。而且化学染色过程通常会带来严重的环境污染。
除化学色之外，自然界中天然颜色也存在其他产生方式。如金刚鹦鹉羽毛【4】的红色和黄色源自天然的色素，但大闪蝶蝴蝶翅膀【5】，天牛Anoplophoragraafi翅翘【6】，巴拿马的龟甲虫Charidotellaegregia表皮【7】上的颜色却不同于化学色，是一种物理色。这种物理色源于光在物体外表微观结构处发生干预、折射、衍射等作用，称为结构色。大量的研究发现结构色可以来源于光子晶体和非晶光子晶体。光子晶体由不同折射率的材料形成周期性排列构成，不同材料能带与能带之间存在带隙，从而阻止处于带隙内的光子进入晶体而产生颜色。光子晶体可分为一维，二维以及三维光子晶体。一维光子晶体的结构单元可以是厚度仅为微纳米尺度的薄膜，由于其对光的干预作用从而产生结构色;三维光子晶体的结构单元可以是微观纳米颗粒，布拉格散射导致颜色随着观察角度的变化而变化，即具有虹彩效应。
而非晶光子晶体是完整光子晶体的缺陷态结构，微观颗粒的排列具有短程有序长程无序