Page 223 - 《精细化工》2020年第4期

第 4 期 郑宏亮，等: SiO 2 @PDA 微球结构色织物的制备 ·857·

由图 3（g~l）可知，纯 SiO 2 光子晶体在白色织 核直径的增加，织物结构色和反射峰发生明显的红
物表面无法显现出结构色，添加多巴胺的光子晶体 移。这是因为在多巴胺用量不变的条件下，SiO 2 核
可以显现出鲜艳的结构色；随着多巴胺用量的增加， 直径的增加直接导致 SiO 2 @PDA 微球粒径的增加，
织物的结构色由浅蓝逐渐转变成青色和绿色，整体 最终使织物的结构色发生红移。这一结果完全符合
呈现出红移的趋势，且多巴胺用量为 10%~20%内结 修正后的布拉格衍射方程。
构色变化较大。由图 3（m）可知，随着多巴胺用量
的增加，结构色织物的最大反射率逐渐降低，且用
量在 10%~20%间差异最大；此外，随着多巴胺用量
的增加，结构色织物最大反射率对应的波长逐渐增
大，即织物结构色发生红移。结构色织物的反射率
随着多巴胺用量的增加而逐渐降低，是因为聚多巴
胺本身就是一种常见的黑色素，对各波段的光都有
吸收作用，多巴胺用量越多，产生的聚多巴胺越多，
反射率越低 [26,28,31] 。同时，随着多巴胺用量的增加，
SiO 2 @PDA 微球的表面粗糙度逐渐增加，导致散射

和漫反射的发生，进一步降低结构色织物的反射率。 图 5 不同核直径 SiO 2 @PDA 微球结构色织物的反射光谱
而多巴胺用量为 10%的结构色织物的反射率远高于 Fig. 5 Reflectance spectra of structural color fabrics of
SiO 2 @PDA microspheres with different core diameters
用量为 20%的结构色织物的反射率，可能是因为多
巴胺用量较少时，生成的聚多巴胺还无法完全包裹 2.2.3 观察角度对织物结构色的影响
SiO 2 微球，或 SiO 2 @PDA 微球的壳层太薄，对可见 根据修正后的布拉格衍射方程可知，当其他条
光的吸收较少造成的。织物结构色发生红移，是因 件相同时，光子晶体的结构色会随着观察角度的变
为随着多巴胺用量的增加，SiO 2 @PDA 微球的粒径 化而变化，即具有虹彩效应。从不同角度观察本实
逐渐增大，导致光子晶体结构色发生红移，这一结 验制备的 SiO 2 @PDA 光子晶体涤纶织物（SiO 2 核直
果符合修正后的布拉格衍射方程 [32-33] ： 径为 227.9 nm，多巴胺用量为 20%）的结构色如图
2D 6 所示。由图 6 可知，该结构色织物在观察角度为 0°
 max  n  2  sin   2 （1）
m 时，其结构色为绿色，随着观察角度的增大，其结
式中：λ max 为最大反射峰波长，nm；D 为晶面间距 构色发生蓝移，当观察角度为 90°时，其结构色仅
（与微球粒径相关），nm；m 为布拉格衍射级；n 为 显现为蓝色，说明该结构色织物的结构色具有微弱
微球的平均折射率；θ 为观察角度，（°）。 的虹彩效应，这也印证了图 3 的结果，证明本实验
由式（1）可知：当微球材质的折射率、观察角 制备的光子晶体具有短程有序结构。

度等因素固定不变时，微球的粒径增大，最大反射
峰向长波方向移动，结构色红移。
2.2.2 SiO 2 核直径对织物结构色的影响
以白色平纹涤纶织物为底物，采用重力沉积法
将 SiO 2 核直径分别为 217.2、228.5、259.2、277.6
和 301.2 nm，多巴胺用量为 40%的 SiO 2 @PDA 微球
沉积到涤纶织物表面制备结构色织物，其照片如图 图 6 不同角度下织物的结构色
Fig. 6 Structural color fabrics from different view angles
4 所示。
2.3 添加粘合剂对结构色织物的影响
2.3.1 粘合剂添加量对织物结构色的影响
以白色平纹涤纶织物为底物，采用重力沉积法
将 SiO 2 核直径为 216.3 nm、多巴胺用量为 20%的

a—217.2 nm; b—228.5 nm; c—259.2 nm; d—277.6 nm; e—301.2 nm SiO 2 @PDA 微球沉积到涤纶织物表面制备结构色织
图 4 不同核直径的 SiO 2 @PDA 微球结构色织物照片 物，通过调整 SiO 2 @PDA 微球用量和添加适量自制
Fig. 4 Photographs of structural color fabrics of SiO 2 @PDA 结构色粘合剂 P(GMA-co-FHBMA)-g-PEGMA 来减
microspheres with different core diameters 少结构色的开裂，增强结构色的牢度。通过测量显

采用 Datacolor 测色仪测定结构色织物的反射 微镜观察 SiO 2 @PDA 微球用量为 0.1 g 时添加不同
量粘合剂的结构色织物，结果如图 7 所示。
光谱，结果如图 5 所示。由图 4、5 可知，随着 SiO 2