摘要：结构色材料凭借其独特的光学特性，在柔性显示、智能传感和防伪标签等领域展现出巨大应用潜力。但传统呈色模式存在工艺复杂、成本高昂等问题，且难以实现颜色的快速调控与精准图案化，限制了其在高端防伪和动态标识场景中的应用。此外，大量结构色膜研究工作主要基于具有高折光指数

结构色材料凭借其独特的光学特性，在柔性显示、智能传感和防伪标签等领域展现出巨大应用潜力。但传统呈色模式存在工艺复杂、成本高昂等问题，且难以实现颜色的快速调控与精准图案化，限制了其在高端防伪和动态标识场景中的应用。此外，大量结构色膜研究工作主要基于具有高折光指数的苯乙烯（St）、二氧化硅（SiO2 ）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等硬球，但这种硬球无法呈现变色龙在刺激响应下的动态色变特性。结合胶体静电纺丝和响应性软纳米球——聚异丙基丙烯酰胺（PNIPAm），一种不同于以往的结构色膜应运而生。

近日，天津工业大学张青松教授、北京航空航天大学蔡仲雨教授、清华大学危岩教授联合在《ACS Applied Materials & Interfaces》上发表“Enabling Flexible and Tunable Structural Color Films Based on Rapid Ethanol-Induced Nanosphere Rearrangement for Anti-Counterfeiting and Dynamic Marking”最新研究成果。该研究通过胶体静电纺丝与溶剂挥发诱导动态自组装技术的结合，首先基于无皂乳液聚合合成了温度响应性Poly(NIPAM-co-tBA)(PNTs)纳米球，其次原位自由基聚合合成聚丙烯酰胺（PAAm），随后基于胶体静电纺丝构建了由温度响应性PNTs纳米球与PAAm复合的胶体纳米纤维膜，最后向膜表面喷洒75%乙醇水溶液，PAAm纤维迅速溶解，可促使温度响应性PNTs纳米球在2 min内由3D“黑莓状”结构的温度响应性PNTs纳米球聚集体自组装成2D有序阵列，形成结构色膜。

该结构色膜具有如下特性：

快速响应和精准调控：通过调节纳米球尺寸（523 nm-309 nm）、PNTs与PAAm的质量比（2/1、4/1、6/1）及静电纺丝时间（1-8 min），且随着尺寸减小、质量比增大、纺丝时间增加，均使反射峰波长实现了蓝移，将结构色从红色（840 nm）调控至蓝色（327 nm），可实现宽的可调控范围，满足不同场景的色彩需求。

动态光学特性：结构色膜具有角度依赖的虹彩效应，当入射光角度从30°增至60°时，颜色可从蓝色依次转变为黄绿色、橙红色，为防伪功能提供了多层次光学验证手段。

高端防伪领域：利用掩模法可在薄膜表面快速生成高精度图案，如邮票、货币等防伪标识，其角度依赖的颜色变化难以复制，显著提升防伪安全性。开发出“手写光子晶体纸”，用户可通过乙醇溶剂直接在结构色膜表面绘制图案，颜色实时显现，适用于交互式标签、环境响应传感器等场景。材料具备良好的柔韧性，可集成于柔性穿戴设备、动态显示屏等领域，为智能光学器件提供了新的设计思路。

图1 结构色膜显色机理及多彩的结构色

图2改变PNTs/PAAm配比和PNTs粒径来调控反射光波长

图3 CENF纤维膜的动态光学特性及其应用

该研究突破了传统结构色材料制备的技术瓶颈，其创新的溶剂诱导自组装机制为动态光学材料的设计和发展开辟新方向。

参考文献：

Jinming Hong, Zheng Fu, Makesh Mohan, Qifeng Mu, Yuhang Ma, Ziyan Mao, Jiaxuan Yin, Yuxin Li, Yafei Wang, Shanshan Yuan, Qingsong Zhang,* Zhongyu Cai,*andYen Wei*. Enabling Flexible and Tunable Structural Color Films Based on Rapid Ethanol-Induced Nanosphere Rearrangement for Anti-Counterfeiting and Dynamic Marking. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2025.

DOI：10.1021/acsami.5c08256

来源：高分子科学前沿一点号1