导读

近期，上海交通大学邓楠楠副教授团队通过微尺度凹面界面的全内反射和干涉，展示了无色水包油包水双乳液液滴中可调节的结构色。相关研究以“Tunable Structural Coloration in Eccentric Water-in-Oil-in-Water Droplets”为题目，发表在期刊《Nano Letters》上。

本文要点：

1、在水包油包水（W/O/W）双乳液液滴中，通过微尺度凹面界面的全内反射和干涉实现可调结构着色，从而产生虹彩结构色。

2、核壳结构的壳层厚度和离心率对于W/O/W液滴中成功形成虹彩结构色至关重要，只有偏心的薄壳层液滴显示出结构色。

3、偏心薄壳W/O/W液滴中的结构色对环境刺激（如渗透压、温度、磁场和光成分）具有响应性，扩展了基于液滴的结构色在水基系统中的应用。

4、液滴微流控用于产生具有不同壳层厚度的单分散W/O/W双乳液液滴，证明了壳层厚度和离心率对所得结构色的影响。

5、COMSOL Multiphysics模拟用于计算W/O/W液滴中干涉光的光路，确认了偏心率和壳层厚度在调节结构色的亮度和颜色中的作用。

全文总结/概括： 

与化学颜料相比，结构色的主要优势如下：

1、褪色性能好，不易随时间褪色

结构色是通过物质内部结构对光的散射、干涉等物理效应产生颜色，而不是依靠颜料本身的色素，所以结构色产生的颜色不会像化学颜料一样随时间而褪色。

2、环保性好，无需使用化学原料

结构色无需使用任何化学原料就可以产生颜色，而化学颜料在制备过程中会使用一定的有毒化学物质，对环境影响较大。

3、颜色效果更稳定持久

由于不依赖于易变的色素，结构色产生的颜色效果比化学颜料更稳定，不易受光照、温度等外界条件影响而改变。

4、颜色效果更饱和明亮

通过物理结构对光的多次散射和干涉等机制，结构色可以产生比化学颜料更深更饱和的颜色。

5、可以响应外界条件产生新效果

某些结构色可以根据温度、电场等外界条件调控其结构，从而产生颜色的变化效果，而化学颜料通常无法实现这一点。

总体来说，结构色相比化学颜料在色彩效果的稳定性、环保性和响应性等方面具有明显优势。

利用水包油包水液滴中的可调结构色可实现哪些实际应用呢？

1、医学诊断：利用结构色的响应性，可以设计出用于检测生物标志物或病理变化的智能诊断装置，实现更快速、精准的医学诊断。

2、信息加密：通过控制液滴的结构色变化，可以设计出用于信息加密的智能材料，实现信息的安全传输和存储。

3、智能显示技术：利用结构色的可调性，可以开发出智能显示屏或标识，用于显示温度、湿度或其他环境参数的变化，具有实时监测和反馈的功能。

这些应用将结构色技术与医学诊断、信息安全和智能显示技术相结合，为这些领域带来新的可能性和发展机遇。

图1.薄壳W/O/W乳液液滴的结构色。

图2.偏心率对液滴结构色的影响。

图3.壳厚度对液滴结构色的影响。

图4.W/O/W液滴结构色的刺激响应特性。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c02119