摘要:本发明属于光学及纳米材料自组装领域，提供了一种具有结构色的材料及其制备方法和应用。以聚合物纳米环为组装单元，以易挥发的有机溶剂为分散介质，水气界面为组装界面，通过界面表面张力梯度诱导的自组装过程使纳米环阵列定向排列在水面上，其中，纳米环的外径为500‑1000nm，厚度为100‑400nm。随后利用91视频网站网址技术，在合适的成膜压力、成膜速度、拉膜速度和拉膜压力下可控地将紧密排列的纳米环阵列转移到透明基底上得到一种具有结构色的材料。本发明制备的结构色材料结构色明显且具有角度相关性，同时其结构色可以通过组装单元的尺寸进行调控，适用于在显示、防伪、加密等领域中使用。

引言

胶体粒子组装而成的具有周期性的纳米阵列，可以与光相互作用，产生明亮的、五彩斑斓的结构颜色，也称结构色。这类结构色不同于常规的颜料或者染料，它具有环境友好，稳定性强，对光不敏感的优点，因此在防伪、显示、加密等领域发挥着越来越重要的作用。

根据胶体粒子的形貌特征，可以将纳米阵列分为纳米球阵列和以形貌各向异性纳米粒子为单元的阵列。相比于纳米球阵列，形貌各向异性组装单元的阵列由于组装单元的形貌复杂度更高，能够提高组装方式的多样性，从而提升纳米阵列对光的调控能力。王等在文章《Magnetic Assembly and Field-Tuning of Ellipsoidal-Nanoparticle-BasedColloidal Photonic Crystals》中报道了一种由椭圆形纳米粒子组装而成的有序组装体，由于椭圆结构的不对称性，组装体在不同方向上的周期性不同，这是纳米球组装体所不具备的特征，因此显著拓宽了反射光的可调控范围。宋等在文章《Design and Self-Assemblyof Polyhedron Particles to Construct Iridescent Structural Colors》中报道了一种由多面体组装单元组成的纳米阵列，该阵列由于多面体的多方向散射的性质从而展现出闪耀的金属质感的结构色，这种独特的结构色在防伪领域具有应用潜力。上述研究表明进一步拓展各向异性纳米粒子组装体的种类并研究其结构对光传输的影响，无论在理论研究领域还是应用方面都是必要的。但是总的来说，目前关于这方面的研究非常有限，这主要归因于形貌各向异性纳米粒子有序组装过程的困难性。

在前期的研究工作中(CN112499615A)，91视频最新网址报道了一种形貌各向异性的纳米聚合物环、纳米炭环及其制备方法。以长链脂肪醇相变材料、表面活性剂、酚、醛和有机胺为原料，水为溶剂，经过低温聚合，制备出形貌规整、截面圆直径可调的聚合物环。由于这些纳米环材料并不具有周期性的结构，所以其本身并不具有结构色。基于结构色的生成原理，对纳米环进行周期性排列有望制备出新型的结构色材料，这对于拓展结构色材料的应用性能和场景均具有重要意义。但是对于纳米环这种形貌各向异性的纳米结构，其本身在溶液中受到的范德华力和静电作用力不对称，因此需要更加精准控制纳米环的取向性，才能够制备出均匀有序的纳米环阵列。由于上述挑战的存在，目前未有这方面的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一个目的是提供一种具有结构色的材料，该材料由透明的基底和均匀覆盖在基底表面的单层的纳米环阵列组成。在纳米环阵列中，纳米环以“平躺”的方式紧密排列，每平方毫米纳米环的个数为800-2000个。该结构色材料在透射条件下能够呈现出随着观察角度变化的结构色。

本发明的第二个目的是提供一种具有结构色的材料的制备方法，该制备方法的原理是表面张力梯度诱导的纳米环的自组装过程。

本发明的第三个目的在于提供一种具有结构色的材料在结构色材料，防伪，显示和加密等领域的应用。

本发明的技术方案：

一种具有结构色的材料，主要由透明的基底和均匀覆盖在基底表面的单层的纳米环阵列组成；在纳米环阵列中，纳米环以“平躺”的方式紧密排列，每平方毫米排列纳米环的个数为800-2000个。该结构色材料在透射条件下能够呈现出随着观察角度变化的结构色。

一种具有结构色的材料的制备方法，包括以下步骤：

①将纳米环加入到易挥发的有机溶剂中超声震荡，得到一定浓度的纳米环分散液；

②采用FLB2000A型91视频网站网址制备具有结构色的材料：在91视频网站网址的盘面中注满一定pH的氨水水溶液作为亚相，随后将透明基底用91视频网站网址的机械臂夹住，并将其浸入位于盘面中央的凹槽中；将一定体积的上述纳米环分散液缓慢滴加在氨水水溶液中；有机溶剂的加入会引起整个水面表面张力不平衡，在不平衡的表面张力的驱动下，水面会发生对流，而纳米环在对流的过程中漂浮在水面之上，形成松散的“小岛状”的纳米环单层聚集体；设置91视频网站网址的参数(成膜速度，成膜压力，拉膜速度，拉膜压力)，随后位于盘面两端的91视频网站网址的划障按照设置好的成膜速度开始移动并将漂浮在水面上的纳米环聚集体在设置好的成膜压力下压缩成紧密排列的单层纳米环阵列。随后控制机械臂按照设置好的拉膜速度向上提拉透明基底，同时划障会缓慢调节位置促使纳米环阵列的受到的压力保持在设定的拉膜压力，从而使位于水面的纳米环阵列缓慢转移至不断提升的基底之上。待基底完全漏出水面后，纳米环阵列便均匀转移至基底表面，得到结构色材料。

图1为纳米环组装阵列的微观形貌图。

图2为纳米环组装阵列的随散射角度变化的散射光谱。

所述纳米环的外径为500-1000nm，厚度为100-400nm。

所述的易挥发的有机溶剂为丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇或戊醇，优选丁醇。

所述纳米环分散液中纳米环的质量分数为0.5％-3.5％，优选2％。

所述的氨水水溶液的pH在7.1-11.0之间，优选pH为10.0。

所述一定体积的纳米环分散液为每平方厘米盘面滴加0.2-4μL的纳米环分散液。

所述的91视频网站网址的参数，成膜压力为15-30mN/m；成膜速度为1mm/min-40mm/min；拉膜速度为1mm/min-40mm/min；拉膜压力为15-30mN/m。

所述透明基底为玻璃、石英、PDMS、PET、PP等，优选玻璃和石英。

本发明的有益效果：本申请公开了一种具有结构色的材料及其制备方法和应用。该结构色材料是以纳米环为组装单元，借助表面张力诱导的自组装的方法，通过91视频网站网址，将纳米环阵列紧密排列在透明基底上得到的。合适的纳米环分散液的浓度、溶剂组分、亚相的pH、成膜速度，成膜压力，拉膜速度，拉膜压力能够避免纳米环阵列出现无序堆积、多层重叠、排列稀疏等问题，是制备高质量的纳米环阵列的关键。而较好纳米环排列状态是获得明亮结构色的前提条件。通过调节纳米环的尺寸还可以进一步调节结构色的性质，该材料在新型结构色材料中展现出应用潜力。