具有非角度依赖性结构色的光子材料能够提供宽泛的可视角度，在绘画颜料、化妆品、织物以及显示设备等方面都存在着巨大的应用前景。近期，天津大学材料学院宋东坡教授与剑桥大学的Silvia Vignolini、Richard M. Parker等人基于两亲性刷形嵌段共聚物发展了一种易于规模化的单步制备策略，可以合成具有短程有序且各向同性结构的多孔微球，助力解决同类型材料的结构通常所要求的具有非长程相关的各向同性问题，克服在制备工艺上存在的巨大的困难。相关工作以“Angular-Independent Photonic Pigments via the Controlled Micellization of Amphiphilic Bottlebrush Block Copolymers”为题发表在Advanced Materials。

图1刷形嵌段共聚物的结构色性能表征

图2 刷形嵌段共聚物的结构表征

在该研究中，研究人员利用剪切力控制光学结构生长的有效方法，成功制备了具有结构色的多孔微球（光子颜料）。与一般的晶体颜料相比，该工作开发的新型光子颜料无需折射率匹配或者宽谱吸收剂就可以显著削弱虹彩现象（从而拓宽可视角度）并提高色彩纯度，其中的刷形嵌段共聚物P(PSNB)-b-P(PEO-NB)作为“表面活性剂”被溶于甲苯中，并在水中进行乳化，形成的微球的结构色现象来源于微球内部短程有序结构的相干散射，因此能够在微球的整个横截面观察到反射颜色。该研究在汽车漆料、显示设备涂层等领域上显示出潜在应用价值。

图3 光子颜料不同角度的光学图片

文章还研究了微球在水溶液中和薄膜形式的视觉外观。检测发现，旋转过程中随着角度的变化，微球始终呈现出绿色，进一步确认了微球的各向同性结构。由于一般具有有序结构的光子颜料要求折射率匹配或者含有宽谱吸收剂才能避免由散射诱导作用（视角变化）引起的虹彩现象，因此研究人员认为这一非角度依赖的新型微球光子颜料具有巨大的应用潜力。这一新型策略不仅能够制备优异光学性能的光子颜料，还有望实现规模化生产，在织物染色、显示设备涂层等领域具有巨大应用价值。