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你有没有想过孔雀羽毛的鲜艳蓝色或甲虫身上闪闪发光的金属几丁质？这些自然奇观就是结构色的例子——微观结构产生鲜艳持久色调的现象。受到这些奇迹的启发，日本的一个研究小组一直在探索结构色。他们早期的工作发现，用黑色素颗粒制备结构色材料模仿了孔雀羽毛的着色机制。在此基础上，该团队着手开发一种涂层材料，利用黑色素颗粒捕捉结构色的光彩，即使从不同角度观看也能产生非彩虹色。研究小组包括日本千叶大学理工学院的 Michinari Kohri 教授和 Yui Maejima 女士，他们与武田胶体技术咨询有限公司的 Shin-ichi Takeda 博士和国家材料科学研究所的 Hiroshi Fudouzi 博士合作。他们的研究成果于 2024 年 12 月 18 日发表在《大分子反应工程》上。Kohri 博士描述了他进行这项研究的动机，“多年来，我们一直在研究受自然生物启发的基于黑色素的结构色材料。我们的动机是通过开发快速创造结构色并添加防水等功能特性的方法，使这些材料更加实用。” 为了实现这一目标，该团队准备了三种不同直径的聚苯乙烯颗粒。然后，他们添加了一层聚多巴胺（改性黑色素颗粒），然后通过迈克尔加成反应添加具有疏水性的具有 18 个碳原子的烷基（十八烷基）。在该反应中，带负电荷的化学基团添加到 α,β-不饱和羰基化合物中，以引入增强防水性的疏水基团。这是在不依赖疏水性但会引起重大环境问题的氟化合物的情况下实现的。使用时域核磁共振 (TD-NMR) 方法确认了颗粒的疏水性。处理完颗粒后，它们会分散在己烷中，从而可以快速高效地应用于玻璃和三聚氰胺层压板等基材上。干燥后，涂层的接触角超过 160 度，色调单一，表面自洁，呈现出荷叶效应，水滴在材料上形成水珠并滚落，不会留下残留物。研究发现，用十八烷基涂层获得的疏水性黑色素颗粒的疏水性几乎与用氟化合物涂层的颗粒相同，而氟化合物具有高疏水性。第一作者 Maejima 女士强调了这项研究的独特发现，她指出，“我们发现，通过将粒子表面的疏水性与粒子的分级组装结构相结合，可以实现超疏水结构彩色涂层，而这一切只需几分钟即可完成。”该团队专注于创建一种简单且可扩展的方法，确保涂层可以在几分钟内完成，而无需复杂的设备或工艺。前岛女士评论了他们发现的实用性：“这项技术有可能成为下一代涂层材料，非常适合墙纸或户外表面等应用，而无需依赖会随着时间而褪色的颜料。它的简单性和效率使其非常适合工业用途。”
结构色彩防护：防水涂层
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