色彩的秘密舞蹈：探索胶体晶体如何折射出美丽的光影

引用本文: 王亚斐, 张岩, 李薇, 王婷婷, 杨姐璇, 何慧, 关英, 张拥军. 色彩的秘密舞蹈：探索胶体晶体如何折射出美丽的光影[J]. 大学化学, 2026, 41(4): 417-423. doi: 10.12461/PKU.DXHX202504026 shu

Citation: Yafei Wang, Yan Zhang, Wei Li, Tingting Wang, Jiexuan Yang, Hui He, Ying Guan, Yongjun Zhang. The Secret Dance of Colors: Exploring How Colloidal Crystals Refract Beautiful Light and Shadows[J]. University Chemistry, 2026, 41(4): 417-423. doi: 10.12461/PKU.DXHX202504026 shu

色彩的秘密舞蹈：探索胶体晶体如何折射出美丽的光影

王亚斐 ^{1,
,} ,
张岩 ^2, ,
李薇 ^1, ,
王婷婷 ^1, ,
杨姐璇 ^1, ,
何慧 ^1, ,
关英 ^3, ,
张拥军 ^{2,
,}

1.
天津工业大学药学院, 天津 300387;
2.
天津工业大学化学学院, 天津 300387;
3.
南开大学化学学院, 天津 300100

通讯作者: 王亚斐,E-mail:wangyafei@tiangong.edu.cn; 张拥军,E-mail:zhangyj@tiangong.edu.cn

基金项目:
国家自然科学基金(52033004)；国家自然科学基金(52303013)。

摘要: 结构色是一种由微纳结构对光调控光反射和干涉形成的色彩，广泛存在于自然界中，如蝴蝶翅膀、鸟类羽毛等。相比传统色素，结构色具有更高的稳定性和环保性，因此在防伪、光学传感和仿生材料等领域具有广泛应用。本研究以温度响应性的微凝胶为研究对象，通过其可控合成及胶体晶体的自组装过程，系统性地引导学生探究结构色的形成机理与调控规律。实验采用乳液自由基聚合法制备单分散性良好的交联微凝胶，该微凝胶具有显著的温敏特性，可通过调节温度等参数实现溶液中微凝胶的可控自组装。教学实践将材料合成、结构表征与光学性能测试有机结合，并融入生动的科普展示，可有效激发学生的研究兴趣，培养学生的科学思维和创新能力。

关键词:

结构色
/ 胶体晶体
/ 微凝胶
/ 自组装

English

The Secret Dance of Colors: Exploring How Colloidal Crystals Refract Beautiful Light and Shadows

Yafei Wang ^{1,
,} ,
Yan Zhang ^2, ,
Wei Li ^1, ,
Tingting Wang ^1, ,
Jiexuan Yang ^1, ,
Hui He ^1, ,
Ying Guan ^3, ,
Yongjun Zhang ^{2,
,}

1.
College of Pharmacy, Tiangong University, Tianjin 300387, China;
2.
College of Chemistry, Tiangong University, Tianjin 300387, China;
3.
College of Chemistry, Nankai University, Tianjin 300100, China

Corresponding author: Yafei Wang, ; Yongjun Zhang,

Received Date: 08 April 2025
Accepted Date: 30 June 2025
Available Online: 08 September 2025

Abstract: Structural color arises from light reflection and interference phenomena in micro-nano architectures, a phenomenon ubiquitously observed in nature, exemplified by butterfly wings and avian plumage. Distinguished from conventional pigments, structural coloration demonstrates superior stability and environmental compatibility, rendering it valuable for applications in anti-counterfeiting technologies, optical sensing, and biomimetic materials. This research employs temperature-responsive microgels as model systems, guiding students through controlled synthesis and colloidal crystal self-assembly processes to systematically explore the fundamental mechanisms and modulation principles of structural color formation. Monodisperse crosslinked microgels with excellent thermoresponsive properties were synthesized via free-radical precipitation polymerization, enabling precise control over aqueous self-assembly through temperature modulation. The pedagogical framework seamlessly integrates material synthesis, structural characterization, and optical property evaluation, complemented by interactive science communication components. This comprehensive approach effectively stimulates students' research curiosity while cultivating scientific reasoning and innovative capacities.

Key words:

1. [1]
  张拥军, 关英. 高分子学报, 2017, No. 11, 1739.
2. [2]
  L.R. Shang, W.X. Zhang, K. Xu, Y. Zhao, J. Mater. Horiz. 2019, 6, 945.L.R. Shang, W.X. Zhang, K. Xu, Y. Zhao, J. Mater. Horiz. 2019, 6, 945.
3. [3]
  W. Zhang, Y. Hu, P. Feng, Z. Li, H. Zhang, B. Zhang, D. Xu, J. Qi, H. Wang, L. Xu, et al., Adv. Sci. 2024, 11, 2403173.W. Zhang, Y. Hu, P. Feng, Z. Li, H. Zhang, B. Zhang, D. Xu, J. Qi, H. Wang, L. Xu, et al., Adv. Sci. 2024, 11, 2403173.
4. [4]
  Z. Tian, J. Zhu, Q. Guo, L. Chen, J. Guo, C. Wang, Adv. Optical Mater. 2025, 13 (8), 2402776.Z. Tian, J. Zhu, Q. Guo, L. Chen, J. Guo, C. Wang, Adv. Optical Mater. 2025, 13 (8), 2402776.
5. [5]
  Y. Wang, Y. Zhang, Y. Guan, Y. Zhang, Langmuir 2022, 38 (19), 6057.Y. Wang, Y. Zhang, Y. Guan, Y. Zhang, Langmuir 2022, 38 (19), 6057.
6. [6]
  王紫霓, 谭以正, 白蓝. 化学教育(中英文), 2025, 46 (4), 33.
7. [7]
  梁驰予，张思翰，卢晨昕，朱宝林，邱晓航. 大学化学, 2023, 38 (4), 184.
8. [8]
  王治强, 张齐, 梁颖, 王文欣, 陈琦. 人工晶体学报, 2025, 54 (1), 49.
9. [9]
  杨袁栋, 邓慧丰, 林思奇, 袁亚利. 大学化学, 2022, 37 (5), 2111037.
10. [10]
  M. Chen, Y. Zhang, S. Jia, L. Zhou, Y. Guan, Y. Zhang, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54 (32), 9257.M. Chen, Y. Zhang, S. Jia, L. Zhou, Y. Guan, Y. Zhang, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54 (32), 9257.
11. [11]
  M. Chen, L. Zhou, Y. Guan, Y. Zhang, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52 (38), 9961M. Chen, L. Zhou, Y. Guan, Y. Zhang, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52 (38), 9961

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通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

1.
沈阳化工大学材料科学与工程学院沈阳 110142

色彩的秘密舞蹈：探索胶体晶体如何折射出美丽的光影

通讯作者: 王亚斐,E-mail:wangyafei@tiangong.edu.cn; 张拥军,E-mail:zhangyj@tiangong.edu.cn

English

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