超材料(Metamaterial)是一類具有特殊性質(zhì)的人造材料，這些材料是自然界沒有的。它們擁有一些特別的性質(zhì)，比如讓光改變它們的通常性質(zhì)，而這樣的效果是傳統(tǒng)材料無法實現(xiàn)的。目前，超材料通常是通過對計算機模擬結構進行物理光刻來完成，很難采用化學合成的方法實現(xiàn)。膠體光子晶體(Colloidal photonic crystals, CPC)是一類由單分散微球自組裝而成的新型光學微結構材料，其具有獨特的光學特性（光擴散、光學增強和布拉格衍射效應），尤其是其特定波長的光子帶隙可選擇性的操縱光子的傳播，促進光子發(fā)射增強。因此，基于化學合成的膠體光子晶體微球的超材料制備被寄予期望。
盡管膠體光子晶體自1957年發(fā)明以來，其固含量（通常在5-10%）與組裝效率低制約其大規(guī)模工業(yè)化應用。常規(guī)乳液聚合通常使用單一表面活性劑，這種情況下，高固含量與單分散性二者難以同時滿足。一方面，在合成高固含量乳液時，單一離子表面活性劑提供的微球之間的排斥力不足，常出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，無法獲得單分散的粒徑分布。另一方面，由于乳液的粘度隨著固體含量的增加而增加，較高的粘度會影響乳膠的單分散性。
針對上述難題問題，南京工業(yè)大學化工學院、材料化學工程國家重點實驗室陳蘇教授團隊設計出靜電和空間雙穩(wěn)定平衡體系，制備出固含量為55 wt.%的單分散聚（苯乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸）（P(St-BA-MAA)）膠體乳液。與傳統(tǒng)低固含量膠體光子晶體（10%）相比其組裝效率提供了280%，更重要的是，通過磁控濺射法實現(xiàn)了折射率接近零的銀涂層膠體光子晶體（Ag@CPC）制備，呈現(xiàn)出獨特超材料的特性。由于其組裝效率高，Ag@CPC超材料涂層實現(xiàn)了CdSe@ZnS量子點(Quantum dots, QDs)約11倍光致發(fā)光（PL）增強，為高質(zhì)量、節(jié)能的液晶顯示（LCD）器件提供了新途徑。此外，Ag@CPC超材料涂層具有強大的節(jié)能功能。
圖5. 用于被動冷卻CPC涂料的各種涂覆方式。(a) CPC/PU涂料刷涂在不同的基材上：鋼、紙、玻璃、PMMA和水泥。(b) 通過滾涂實現(xiàn)大面積CPC涂層。(c) 采用噴涂制備非虹彩CPC涂層。(d) 噴涂法構建金屬汽車模型呈現(xiàn)非虹彩結構色。(e) CPC(黑色曲線)和Ag@CPC超材料(紅色曲線)的反射率和發(fā)射率光譜。標準化的ASTM G173太陽光譜和LWIR大氣透射光譜繪制供參考。(f) 兩個用于冷卻性能測試涂層的樣板房照片。(g) 樣板房下方黑體的溫度跟蹤 (2020年8月19日上午9:40至下午3:00)。上半部分為Isolar，橙色虛線為平均Isolar (610 W/m2)。
該研究成果于近日發(fā)表在國際重要刊物《Advanced Materials》上。(Facile Access to High Solid Content Monodispersed Microspheres via Dual-Component Surfactants Regulation towards High-Performance Colloidal Photonic Crystals, DOI: 10.1002/adma.202312879)。南京工業(yè)大學博士后于曉晴和碩士研究生吳婕為共同第一作者。南京工業(yè)大學陳蘇教授、李晴副教授、李國星博士后為共同通訊作者。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202312879
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