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第1章 生物体中的结构色1

1.1 概述2

1.1.1 颜色的产生2

1.1.2 生物体中颜色的进化3

1.1.3 生物结构色的分类4

1.2 具有一维光子晶体结构的生物结构色5

1.2.1 干涉薄膜5

1.2.2 衍射光栅9

1.2.3 复合结构的蝴蝶鳞片11

1.3 具有二维光子晶体结构的生物结构色15

1.4 具有三维光子晶体结构的生物结构色19

1.5 生物体中的动态结构色21

1.6 小结23

参考文献24

第2章 光子晶体结构色理论27

2.1 概述28

2.2 光子晶体的基本性质30

2.2.1 光子禁带特性30

2.2.2 光子局域32

2.2.3 偏振特性33

2.2.4 抑制自发辐射33

2.3 光子晶体的电磁场理论33

2.4 光子晶体的能带34

2.5 光子晶体研究的理论方法35

2.5.1 时域有限差分法36

2.5.2 散射矩阵法43

2.5.3 平面波展开法47

2.5.4 光子晶体理论分析软件48

2.6 小结52

参考文献52

第3章 光子晶体结构色材料的微加工制备55

3.1 概述56

3.2 反应离子刻蚀57

3.3 快速成型微加工59

3.4 激光微加工61

3.4.1 激光产生的物理基础61

3.4.2 激光的特点及其在光子晶体制备方面的进展62

3.4.3 激光LIGA工艺及其应用67

3.4.4 激光双光子直写68

3.4.5 激光全息光刻71

参考文献75

第4章 结构色材料中有序单元的制备及组装77

4.1 概述78

4.2 单分散胶体粒子的合成79

4.2.1 单分散无机胶体粒子的合成79

4.2.2 单分散聚合物胶体粒子的合成84

4.2.3 单分散复合胶体粒子的合成86

4.2.4 单分散胶体粒子的表面修饰94

4.3 单分散胶体粒子的密堆积有序组装96

4.3.1 传统的垂直沉积法及改进96

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 Ti02光子晶体结构在光解水中的应用331

9.6.4 Ti02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