纱线内精确组装光子晶体可实现结构色纤维

据报道，华东师范大学葛建平教授课题组开发了一种喷涂工艺，用于在聚酯（PET）织物的每根纱线内精确组装胶体光子晶体（PC）。胶体溶液的溶剂具有较高的表面张力和沸点，织物基体具有较低的扭曲角、较大的编织周期和较大的紧密度，有利于形成高质量的PC 改性织物。高度结晶的PC 结构和聚丙烯酸酯（PA）粘合剂制备的PC/PET 织物具有饱和又耐久的颜色。同时，纱线中精确的胶体组合避免了编织孔与裂缝之间的堵塞，其还具有良好的柔软性和高透气性。

该喷涂工艺为两步喷涂工艺。PET 织物由经纱和纬纱以特定的编织方式编织而成，每根纱线由一束直径几十微米的纤维组成。因此，织物可以被视为具有层级多孔结构，纱线之间有大裂缝，纱线内部有小间隙。在第一次喷洒SiO2胶体溶液时，PET 织物表面迅速形成一层薄薄的液膜，然后通过毛细管力将有限体积的胶体溶液完全吸收到多孔纱线中。随着加热过程中溶剂的蒸发，粒子自发沉淀形成液体胶体PC，随后转化为位于纤维之间和纱线内部的固体PC。在之后的PA 粘合剂喷涂中，由于相同的毛细管相互作用，PA 纳米颗粒也富集在SiO2颗粒填充的PET 纱线表面。当样品加热到玻璃化转变温度（Tg）以上，然后冷却到室温时，PA 纳米颗粒熔化、固化，并包裹PC结构和PET 纱线，最终生成彩色耐用的SiO2-PA/PET 织物。

此外，研究人员还设计了5 种耐用性测试，包括在水中浸泡2 小时、用水冲洗10 分钟、洗衣45 分钟、刷洗50 次以及对SiO2/PET 和SiO2-PA/PET 织物进行10分钟的超声波处理。温和的浸泡操作对两种织物的影响都很小，干燥后织物的结构色保留得很好。当织物被手洗或机洗洗涤时，SiO2/PET 织物在部分区域失去颜色，SiO2-PA/PET 织物的颜色保持不变。当对PC 改性织物进行更猛烈的操作，如刷洗和超声波处理时，SiO2/PET 上的PC 结构受到严重破坏，但SiO2-PA/PET 上的PC 结构仍保留完好。