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《纳米材料前沿》丛书是由材料及化学领域的学术带头人共同完成的大型出版项目，是国家出版基金资助项目。14名主要著作责任者中，含7名中国科学院院士，其余全部为“长江学者”，“杰出青年”。

本书是其中一个分册，重点介绍了结构色纳米材料的制备及应用研究。

顾忠泽：“长江学者”特聘教授、国家杰出青年基金获得者。东南大学生物科学与医学工程学院院长，创新团队负责人，生物电子学国家重点实验室主任。主要从事生物电子学研究，开发了一种被国际上广泛采用的自组装光子晶体（结构色纳米材料）的制备方法；提出了通过功能分子与微纳结构的耦合，设计功能材料的设想，并基于该设想开发了一系列可用于传感的新型功能材料和器件；还创造性提出了基于自组装光子材料构建液相芯片的设想，并基于该设想建立了具有自主知识产权的生物分子的高灵敏、多组分、快速检测方法；构建了基于纳米纤维的生物反应器，并应用于临床治疗用的生物人工肝。在科研中注重原始创新和开展高水平的研究工作，研究成果在国际核心刊物上发表论文230余篇，其中影响因子大于10的论文有38篇，SCI他引5200余次。获授权专利45项，其中的6项专利已获转让752.2万元，曾获“自然科学”一等奖一项，2014年还获“国际发明特别金奖”。

本书依据作者研究团队以及国内外结构色材料的近期新研究进展，在介绍生物结构色和光子晶体结构色的基础上，系统介绍了光子晶体结构色纳米材料的仿生制备，包括微加工制备、有序单元的制备及组装、喷墨打印制备，并介绍了其仿生调控研究，详细介绍了结构色材料在生物检测和细胞研究中的应用，阐述了结构色材料的未来发展方向和应用潜力。本书可供从事结构色材料研究的人员及高等院校相关专业学生参考使用。

  
第1章生物体中的结构色001
1.1概述002
1.1.1颜色的产生002
1.1.2生物体中颜色的进化003
1.1.3生物结构色的分类004
1.2具有一维光子晶体结构的生物结构色005
1.2.1干涉薄膜005
1.2.2衍射光栅009
1.2.3复合结构的蝴蝶鳞片011
1.3具有二维光子晶体结构的生物结构色015
1.4具有三维光子晶体结构的生物结构色019
1.5生物体中的动态结构色021
1.6小结023
参考文献024
第2章光子晶体结构色理论027
2.1概述028
2.2光子晶体的基本性质030
2.2.1光子禁带特性030
2.2.2光子局域032
2.2.3偏振特性033
2.2.4抑制自发辐射033
2.3光子晶体的电磁场理论033
2.4光子晶体的能带034
2.5光子晶体研究的理论方法035
2.5.1时域有限差分法036
2.5.2散射矩阵法043
2.5.3平面波展开法047
2.5.4光子晶体理论分析软件048
2.6小结052
参考文献052
第3章光子晶体结构色材料的微加工制备055
3.1概述056
3.2反应离子刻蚀057
3.3快速成型微加工059
3.4激光微加工061
3.4.1激光产生的物理基础061
3.4.2激光的特点及其在光子晶体制备方面的进展062
3.4.3激光LIGA工艺及其应用067
3.4.4激光双光子直写068
3.4.5激光全息光刻071
参考文献075
第4章结构色材料中有序单元的制备及组装077
4.1概述078
4.2单分散胶体粒子的合成079
4.2.1单分散无机胶体粒子的合成079
4.2.2单分散聚合物胶体粒子的合成084
4.2.3单分散复合胶体粒子的合成086
4.2.4单分散胶体粒子的表面修饰094
4.3单分散胶体粒子的密堆积有序组装096
4.3.1传统的垂直沉积法及改进096
4.3.2场力诱导作用自组装101
4.3.3其他方法106
4.4单分散胶体粒子的非密堆积有序组装107
4.4.1静电场力107
4.4.2磁场力107
4.5多种纳米粒子的分步组装和共组装108
4.5.1溶剂蒸发法及改进108
4.5.2分步旋涂法109
4.5.3场力诱导共组装109
4.6胶体粒子的限域组装110
4.6.1物理模板法110
4.6.2化学模板法116
4.6.3液滴中的组装118
4.6.4二维界面119
参考文献119
第5章喷墨打印制备图案化结构色材料127
5.1概述128
5.2传统图案化结构色材料制备方法128
5.2.1基于模板聚合法的图案化结构色材料制备128
5.2.2基于微接触法的图案化结构色材料制备135
5.2.3基于界面诱导的图案化结构色材料制备138
5.3基于压电喷墨打印技术的图案化结构色材料制备140
5.3.1喷墨打印技术简介141
5.3.2喷墨打印技术的应用142
5.3.3喷墨打印制备自组装结构色图案144
5.4电喷打印技术制备图案化结构色材料158
5.4.1工作原理158
5.4.2针对结构色材料的电喷印系统改进160
5.4.3电喷印的加工模式162
5.4.4图案化打印166
参考文献168
第6章结构色的调控方法173
6.1概述174
6.2电调控176
6.3机械力调控181
6.4磁调控183
6.5温度调控186
6.6离子与分子调控189
6.7光调控192
6.8填充介质调控194
参考文献196
第7章结构色纳米材料在生物检测中的应用201
7.1概述202
7.2基于结构色材料的非标记检测203
7.2.1基于折射率变化的非标记检测203
7.2.2基于晶格间距改变的非标记检测205
7.3基于光子晶体的荧光增强检测217
7.4光子晶体编码检测219
7.4.1编码标记检测219
7.4.2编码非标记检测225
7.5基于结构色材料的生物分子分离229
7.6结构色微流控芯片231
7.7小结234
参考文献234
第8章结构色材料在细胞研究中的应用239
8.1概述240
8.2细胞在结构色材料表面的取向及诱导分化241
8.2.1基于拉伸反蛋白石的细胞诱导241
8.2.2基于胶体晶体的神经细胞诱导分化246
8.3基于结构色材料的细胞检测253
8.3.1基于多孔硅结构色材料的细胞检测253
8.3.2全息水凝胶细胞传感器265
8.3.3基于表面压印结构色材料的细胞传感266
8.4基于结构色微载体的细胞研究269
8.4.1结构色细胞微载体的基本特性269
8.4.2细胞培养微载体的多元评价体系272
8.4.3细胞捕获微载体的细胞多元评价体系275
8.5基于反蛋白石结构大孔支架的细胞三维培养280
8.6小结285
参考文献285
第9章结构色材料在其他领域中的应用291
9.1结构色材料在信息显示中的应用292
9.1.1结构色静态显示材料292
9.1.2结构色动态显示材料294
9.2结构色隐形眼镜297
9.2.1结构色隐形眼镜的制备工艺298
9.2.2结构色隐形眼镜的应用302
9.3结构色材料在无源光学器件中的应用304
9.3.1基于结构色材料的光栅305
9.3.2结构色材料在光谱分析中的应用306
9.3.3基于结构色材料的滤光片308
9.4结构色材料在光纤波导中的应用311
9.4.1一维光子晶体光纤312
9.4.2二维光子晶体光纤314
9.4.3三维光子晶体光纤316
9.5结构色材料在激光器中的应用318
9.5.1基于一维光子晶体结构的激光器319
9.5.2基于二维光子晶体结构的激光器320
9.5.3基于三维光子晶体结构的激光器321
9.6结构色材料在光催化中的应用324
9.6.1光能转换基本原理325
9.6.2结构色光催化材料327
9.6.3TiO2光子晶体结构在光解水中的应用331
9.6.4TiO2光子晶体结构在染料敏化太阳能电池中的应用333
参考文献335
第10章展望341
索引345