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| 編輯推薦： |
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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。
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| 內容簡介： |
本书依据作者研究团队以及国内外结构色材料的*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。
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| 關於作者： |
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顾忠泽：教育部“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，教育部创新团队负责人，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“教育部自然科学”一等奖一项，2014年还获“国际发明特别金奖”。
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| 目錄：
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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
9.6.3 TiO2光子晶体结构在光解水中的应用331
9.6.4 TiO2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
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| 內容試閱：
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颜色在自然界中无处不在，其中最为丰富的就是来自于动物和植物等生物体的颜色，它们把大自然装扮得色彩斑斓，多姿多彩。生物体颜色的形成主要来源于色素色和结构色，或者两者的结合。结构色，又称物理色，是指光和与光波长量级相当的结构相互作用而产生的颜色。不同于色素，自然界中的结构色是生物体中蜡层、刻点、沟缝或鳞片等细微结构使光波发生折射、漫反射、衍射或干涉，从而产生特殊颜色的光学效应。结构色材料主要由光子晶体结构组成。根据生物能否对颜色进行控制，结构色可以分为静态结构色和动态结构色。古生物的研究发现，早在5.15亿年前，古生物具有的微纳结构就可以产生结构色，其中很多结构色在生物进化过程中已经消失了。今天我们所看到的丰富的生物结构色是生物在长期的异性吸引、隐身和警戒等因素的竞争作用下进化而成的。近代的结构色研究可追溯到1665年，Hooke解释了一种蠹虫的颜色来自于微结构。1730年，Newton解释了孔雀羽毛的结构显色原理。而详细的结构色机理阐述是1942年由Anderson和Richards完成的，该研究的进步归功于电子显微镜等纳米观测手段的应用。2001年，Parker第一次报道了生物光子晶体。自此以后生物结构色纳米材料的研究得到了快速发展。人们相继在蝴蝶、甲虫、海老鼠、墨鱼等多种生物中发现了结构色。
人们惊奇地发现自己绞尽脑汁设计的各种理论模型以及据此制备的引以为豪的纳米结构早就存在于生物体中了。在生物体中甚至还发现了一些从未被人类设计过或制造出来过的纳米结构。这些结构非常精妙和复杂，很难用现有的技术制备或量产。此外，人们还发现具有动态结构色的生物体还可以非常精妙地控制颜色及图案，以实现动物的性信息传递、警告和伪装等功能。这些变色细胞可以直接被应用于可调制光学器件的构建，而其色彩在亚细胞层次的调制方式也给人们研制可调制显示器件提供了很好的原型。总之，自然界中生物体通过各自的途径发展了各具特色的、结构丰富的光子晶体结构色纳米材料。通过对这些结构色纳米材料的研究，可为开发新一代光子材料、信息存储材料以及显示材料等提供重要的指导作用。研究这些生物光子晶体材料并从研究中汲取营养来设计和发展光子材料，将是纳米材料研究的一个重要途径。这些生物灵感纳米材料在生物、电子、环境、材料等多个领域都有着十分广泛的应用。
本书从生物结构色入手，试图对光子晶体结构色纳米材料进行尽可能全面的介绍，并重点讨论光子晶体结构色纳米材料的仿生制备及其在生物医学领域的应用研究。第1章介绍自然界中的生物结构色；第2章介绍光子晶体结构色相关的理论分析；第3～5章介绍光子晶体结构色纳米材料的仿生制备，包括自上而下的微加工方法以及自下而上的自组装等方法；第6章介绍光子晶体结构色纳米材料的仿生调控研究；第7～9章介绍结构色纳米材料的应用研究，特别强调其在生物医学领域的最新研究进展；第10章为展望。
笔者将科普与专业相结合，在总结大量中外相关文献的同时，也介绍了自己团队近年来在结构色纳米材料研究方面取得的成果。希望本书能够引起相关科研、教学领域的专业人员以及相关专业大学生对结构色纳米材料的注意与兴趣，并向其传递一些基本的专业知识。
本书还得到了许多同行的大力帮助和支持，在此表示由衷的感谢！同时还要特别感谢赵祥伟老师、朱存老师、徐华老师、李家奇老师，研究生程瑶、叶宝芬、牟忠德、王德龙、柏凌、刘盼苗、仲启凤、刘慈慧、郑付印、丁海波、陆洁、顾洪成、赵泽、王欢、商珞然、王洁、孙良栋、李艳娜、唐淑颖、徐琼华、吴子谦、余筠如等在本书编著过程中所做的大量图片处理、文献查找和文字校对的工作！
由于笔者学识有限，加之时间仓促，书中难免会有疏漏及不完善之处，恳请读者批评指正！
编著者
2017年10月
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