CN106019416B

CN106019416B - 一种抗uv线/红外及增强颜色与色牢度的光子晶体材料

Info

Publication number: CN106019416B
Application number: CN201610463759.2A
Authority: CN
Inventors: 刘向阳; 胡帆
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2018-10-02
Anticipated expiration: 2036-06-23
Also published as: CN106019416A

Abstract

本发明公开了一种抗UV线/红外及增强颜色与色牢度的光子晶体材料(包括涂层、薄膜、粉末、纤维等形态)，该材料具备蛋白石型或反蛋白石型光子晶体结构，其中，蛋白石型结构光子晶体中色素均匀分布在微球上面，调整其反射峰波长使其分别落在紫外、可见及红外区域，从而分别起到抗紫外线、增强颜色及调控温度的作用；反蛋白石型结构光子晶体中，色素均匀分布在填充材料中，调整其反射峰波长使其分别落在紫外、可见及红外区域，从而分别起到抗紫外线、增强颜色及调控温度的作用。由于本发明原料易取，实现方法简单(无基底选择性、成功率高)，功能针对性强，具备广泛的应用和极强的实际推广价值。

Description

一种抗UV线/红外及增强颜色与色牢度的光子晶体材料

技术领域

本发明涉及材料研发制备领域，尤其涉及一种抗UV线/红外及增强颜色与色牢度的光子晶体材料。

背景技术

结构色又称物理色，是通过光与材料的微观有序结构进行干涉、衍射、散射等而显出的颜色。例如，蛋白石色彩缤纷的外表并不是因为它含有色素，而是与蛋白石的亚微米级SiO2形成的微观有序的光子晶体结构有关，几何上的周期性使得某一特定波段的光在其光子带隙间发生干涉、衍射、色散等，从而反射出特定波长的光。

但是，在实际应用中，光子晶体仍具有其固有的缺陷：角度依赖性强，即随着人视线角度的变化，光子晶体将会显示出不同的颜色，在大多数应用中，理想的着色剂应该是颜色单一的，即颜色不会随着人视线角度的变化而变化。

为克服光子晶体结构色的单一性缺陷，专利CN102702791A中报道了一种利用在微球间的缝隙中填充黑色染料的方法制备的蛋白石结构型光子晶体结构生色材料，利用黑色染料吸收光子晶体禁带光外的其余的透射光及背景光，以期获得较为艳丽的颜色及较好的单一性。

由于黑色染料吸光程度高、几乎能够吸收全波段的可见光(450nm-750nm)，在达到光子晶体颜色单一的同时，也会吸收部分光子禁带光，从而使得结构色得光谱强度整体降低，造成颜色暗淡。且在该专利中，黑色染料的填隙方式(如图1所示)会影响微球排列的有序度(出现更多的位错或者别的缺陷)，使得光子晶体的反射效果不理想，同时填充在蛋白石型微球间的黑色染料容易出现泄漏的问题，影响到材料的色牢度。

除了颜色的基本要求外，商品市场的全球趋势是发展和制造多功能高附加值的着色商品，如颜色亮度可控、抗UV线、防老化、自动温度调节等。因而，寻找一种颜色强度高、又有极强着色牢度与高附加值的材料，成为了商品生产厂商乃至消费者共同的诉求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能克服背景技术所存在缺陷的一种抗UV线/红外及增强颜色与色牢度的光子晶体材料。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种光子晶体材料，其形态呈涂层状、薄膜状、粉末状或纤维状，其具有由单分散的胶体粒子自组装而成的蛋白石型光子晶体结构,所述光子晶体结构中均匀分布有彩色色素，所述胶体粒子表面接枝有丙烯酸支链，在所述丙烯酸支链的作用下所述彩色色素均匀地包覆在所述胶体粒子表面。

优选地，所述彩色色素的颜色为根据可见光波长范围(380nm-750nm)而划分的六种颜色之一，具体为紫色(380nm-450nm)、蓝色(450nm-495nm)、绿色(495nm-570nm)、黄色(570nm-590nm)、橘色(590nm-620nm)及红色(620nm-750nm)中的一种，所述光子晶体依据组成其的胶体粒子的折射率及粒径大小调整其主反射峰的波长范围，所述主反射峰的波长范围需对应于所添加的彩色色素的颜色，以消除光子晶体颜色的角度依赖性，增强其颜色的鲜艳度和单一性，具体为：

优选地，所述光子晶体依据组成其的胶体粒子的折射率及粒径大小调整其主反射峰的波长范围，使其波长落入紫外线的波长范围(10nm-380nm)内，从而对紫外线进行反射和阻挡，以对分布在所述光子晶体中的色素以及光子晶体所附着的基质/产品起到紫外线防护作用。

优选地，通过调整光子晶体结构的层数调节光子晶体材料的颜色强度，随着光子晶体结构的层数增加，光子晶体材料的反射强度呈线性增加，其颜色强度随之增加。

优选地，所述光子晶体依据组成其的胶体粒子的折射率及粒径大小调整其主反射峰的波长范围，使其波长落入红外线的波长范围(750nm-1000um)内，从而对红外线进行反射和阻挡，起到调节温度的作用。

一种光子晶体材料，其为以蛋白石型光子晶体为模板，将填充材料的前驱体溶液填充到所述模板的间隙中，或者将两者按适当比例直接混合，待填充材料固化后去除所述模板而获得的具有规则排列的球形空气孔的反蛋白石型光子晶体，其形态呈涂层状、薄膜状、粉末状或纤维状，所述填充材料的前驱体溶液由彩色色素溶液与填充材料溶液按(0.001-0.1)∶1的质量比复合而成。

优选地，所述彩色色素的颜色为根据可见光波长范围(380nm-750nm)而划分的六种颜色之一，具体为紫色(380nm-450nm)、蓝色(450nm-495nm)、绿色(495nm-570nm)、黄色(570nm-590nm)、橘色(590nm-620nm)及红色(620nm-750nm)中的一种，且所述彩色颜色应与所述光子晶体的反射峰的波长相匹配，以消除三维光子晶体颜色的角度依赖性，增强其颜色的鲜艳度和单一性，具体为：

优选地，所述光子晶体依据其模板的胶体粒子的粒径大小和填充材料的折射率以及伸缩率调整其主反射峰的波长范围，使其波长落入紫外线的波长范围(10nm-380nm)内，从而对紫外线进行反射和阻挡，以对分布在所述光子晶体中的色素以及光子晶体所附着的基质/产品起到紫外线防护作用。

所述反射峰的波长依据组成光子晶体的填充材料的折射率及空气孔的孔径控制调整，所述空气孔的孔径要根据模板中微球的粒径、填充材料的伸缩率来确定。

采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：

1、在蛋白石结构型光子晶体的胶体粒子上接枝丙烯酸支链，以绊住其周围的彩色色素，防止色素泄漏，并避免色素无序的填隙方式影响胶体粒子排列的有序度；

2、调整材料的反射峰波长以获得颜色增强或其余高附加值的材料：当反射峰的波长落在可见光区域时，针对相应波长添加对应颜色的色素，提升光谱强度，并实现颜色的单一性，使其无角度依赖；当调整反射峰的波长使其落在紫外线波长区域时，能有效反射紫外线，保护材料中的色素及材料所附着的基质；当反射峰的波长落在红外区域时，能有效反射和阻挡红外线，调控温度；

3、利用有选择性的彩色色素提升了反蛋白石型光子晶体材料的颜色强度，填补了光子晶体在反蛋白石型结构上的空白；

4、可增加材料中光子晶体结构的层数以进一步提升材料的颜色强度；

5、扩展了材料的用途：由于其反射波长在红外、紫外及可见光区域可调，适用于汽车喷漆、墙体粉刷、纺织印染、化妆品、抗紫外线材料、抗红外线材料等多个领域。

附图说明

图1为传统蛋白石型光子晶体与色素结合示意图；

图2为本发明蛋白石型光子晶体与色素结合示意图；

图3为不同形态及不同结构的材料的SEM图；

图4为具备蛋白石型光子晶体结构的颜色增强结构色薄膜与无光子晶体结构的薄膜的光谱曲线对比图；

图5为添加绿色色素与添加黑色色素的光子晶体反射率对比图；

图6为具备反蛋白石型光子晶体结构的颜色增强结构色薄膜与无光子晶体结构的薄膜的光谱曲线对比图；

图7为具备蛋白石型光子晶体结构与不具备光子结构的涂层材料在添加等量色素后的色牢度测试图；

图8为具备反蛋白石型光子晶体结构与不具备光子结构的涂层材料在添加等量色素后的色牢度测试图；

图9为具备蛋白石型光子晶体结构的颜色增强结构色薄膜材料随光子晶体结构增加而颜色增强的反射光谱图及其对应的照片；

图10为具备反蛋白石型光子晶体结构的颜色增强结构色薄膜材料随光子晶体结构而增加颜色增强的反射光谱图及其对应的照片；

图11为具备蛋白石型光子晶体结构的颜色增强结构色涂层与无光子晶体结构的涂层在红外光照射下温度变化曲线对比图以及相应材料反射光谱曲线对比图；

图12为具备反蛋白石型光子晶体结构的颜色增强结构色涂层与无光子晶体结构的涂层在红外光照射下温度变化曲线对比图以及相应材料反射光谱曲线对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

可见光部分可以根据可见光的颜色大致分为六个部分：紫色(380nm-450nm)、蓝色(450nm-495nm)，绿色(495nm-570nm)、黄色(570nm-590nm)、橘色(590nm-620nm)、红色(620nm-750nm)。

物体之所以会有多种颜色的主要原因就在于物体对光谱成分选择性的吸收与反射，因此当选择某一粒径范围的PS微球，制备出具有特定波长范围的主反射峰的蛋白石结构光子晶体时，蛋白石结构光子晶体将产生相应的结构色。当在该蛋白石结构光子晶体的微球表面均匀掺杂分布微量的相应颜色色素时，即可制得颜色增强蛋白石型光子晶体。微量色素的颜色与光子晶体的结构色的颜色相同，不仅消除了光子晶体结构色的角度依赖性，并将色素的颜色效果进行放大，提升了颜色的鲜艳度和单一性。但是假若加入的不是对应颜色的色素，则会产生颜色的叠加，最后产品的颜色鲜艳度将会下降，并会失去颜色的单一性。

PS微球的折射率为1.59，其微球粒径及以其制备出的蛋白石光子晶体的反射峰波长的关系可根据下式推断：

a、已知粒径d，波长λ＝2.0509d+100.74(nm)，100nm<d<1000nm；

b、已知波长λ，粒径d＝0.4656λ1-33.691(nm)，305nm<λ1<2151nm。

从而有下表：

PS微球粒径(nm)	140-175	175-195	195-230	230-240	240-255	255-315
							反射峰波长(nm)	380-450	450-495	495-570	570-590	590-620	620-750
结构色	紫色	蓝色	绿色	黄色	橘色	红色
							添加色素颜色	紫色	蓝色	绿色	黄色	橘色	红色

接着，制备颜色增强型材料与不具备光子晶体结构、只具备等量色素的涂料以进行对比。

一、制备具有蛋白石型光子晶体结构、且其添加的色素颜色与其结构色对应的薄膜：

1、通过无皂乳液聚合的方法(粒径范围为100nm-1000nm)，制备粒径185nm、220nm、235nm、300nm的单分散聚苯乙烯微球乳液，固含量约为10％(w/v)，作为基础结构，使用时用水稀释到2wt.％：

1.1、称取0.175g过硫酸铵于烧杯中，加入20mL去离子水使溶解；

1.2、分别量取3.92mL、3.33mL、3.08mL、2.00mL丙烯酸和38.5mL苯乙烯，溶于300mL去离子水，于500mL四口烧瓶中250r/min搅拌，打开冷却水，通入氮气鼓泡20min；

1.3油浴加热至70℃稳定后，加入过硫酸铵水溶液，在搅拌、冷却水打开、氮气保护下反应7小时。

2、将某一颜色色素溶液(0.5wt.％)与聚苯乙烯微球乳液(1wt.％，体积比为0.02)混合均匀，超声分散后即为颜色增强结构色涂料，其中粒径185nm、220nm、235nm、300nm的单分散聚苯乙烯微球乳液对应添加蓝色色素、绿色色素、黄色色素和红色色素。其中，多制备一份220nm的单分散聚苯乙烯微球溶液，并添加黑色色素。

3、将此颜色增强结构色涂料涂覆在玻璃片上，自然干燥即可获得蓝色、绿色、黄色和红色的颜色增强结构色涂层。

该步骤中，可采用加热干燥的方式替代自然干燥，以缩短制备时间，但温度应控制在30℃-40℃以获得理想的自组装排列效果。

4、将此颜色增强结构色涂层放置烘箱，100℃低温处理10分钟后从玻璃片上揭下来，即可获得蓝色、绿色、黄色和红色的颜色增强结构色薄膜。

图2所示是本实施例所采用的，经改良后的聚苯乙烯微球制备的蛋白石型光子晶体结构示意图，在聚苯乙烯微球上接枝的丙烯酸支链能很好的固定色素分子，实现微球与色素的结合。在溶液状态时，彩色色素均匀分散在微球乳液中，在微球乳液逐渐干燥后聚苯乙烯微球上的丙烯酸支链将彩色紧紧地绊住，使得色素分子均匀地包覆在微球外面，不影响微球排列的有序性，获得最佳的显示效果。

二、制备不具备光子晶体结构、只具备等量色素的薄膜：

1、按上述方法制备粒径为185nm、220nm、235nm、300nm的单分散微球乳液。

2、将多种粒径的单分散微球乳液按1：1：1：1混合后，添加少量0.5wt.％色素溶液(色素溶液与微球乳液的体积比为0.02)，涂覆在玻璃片上，自然干燥即可获得无光子晶体结构的普通色素涂层。

3、将此无光子晶体结构的普通色素涂层放置烘箱，100℃低温处理10分钟后从玻璃片上揭下来，即可获得不具备光子晶体结构、只具备等量色素的薄膜。

三、对比1：将有光子晶体结构的颜色增强结构色薄膜和无光子晶体结构的普通色素薄膜放在一起，肉眼即可看出有光子晶体结构的颜色增强结构色薄膜比无光子晶体结构的普通色素薄膜的颜色更加鲜艳。分别测量有光子晶体结构的颜色增强结构色薄膜和无光子晶体结构的普通色素薄膜的SEM图片、光谱。

如图3(a)所示的是本实施例所获得的颜色增强结构色涂层的SEM图，可以看出，聚苯乙烯微球粒径均一，呈面心立方密堆积，空间上各个方向折射率差值相同；如图3(b)所示的是不同粒径混合的无光子晶体结构涂层的SEM图，粒径不统一，堆积无秩序。

如图4所示，图中实线为颜色增强结构色薄膜的光谱曲线，虚线为对照的无光子晶体结构的薄膜的光谱曲线，与添加等量色素的无光子晶体结构的普通薄膜材料相比，添加微量色素的颜色增强结构色薄膜材料的颜色强度呈几何式增加，有着近10倍的颜色强度。

结论：粒径分别为为185nm、220nm、235nm、300nm的聚苯乙烯微球的蛋白石型光子晶体结构的反射峰波长(大约分别为480nm、552nm、583nm、716nm)恰好分别落在蓝色(450nm-495nm)，绿色(495nm-570nm)、黄色(570nm-590nm)、红色(620nm-750nm)区域,微量色素与对应的光子晶体结合，不仅消除了光子晶体结构色的角度依赖性，并将色素的颜色效果进行放大，提升了颜色的鲜艳度和单一性。其中，本实施例所采用的色素(蓝色、绿色、黄色、红色)并非个例，聚苯乙烯微球乳液还可以与其他多种色素颜色进行融合。

对比2：将以粒径220nm制成，同样具有光子晶体结构，但添加的分别是绿色色素与黑色色素的光子晶体材料进行对比。如图5所示的是两种光子晶体材料的反射率对比图，可以看出，由于黑色素几乎能够吸收全波段的可见光(450nm-750nm),其反射率整体低于绿色色素，而反射率是反射光谱强度的直接指标，反射率高，则颜色更为艳丽，故而，采用黑色素会使得光子晶体结构的光谱强度整体降低，而添加与光子晶体对应光谱的彩色色素就可以避免这种情况，彩色色素会吸收光子禁带光外的其它可见光，而对光子晶体禁带光的吸收量极少，在达到和黑色色素实现颜色单一性目的的同时，也保证了较添加黑色色素材料更高的颜色鲜艳度。

实施例2

根据实施例1中所述的利用色彩生成原理及光子晶体结构对色彩的几何式放大结论，制备具有反蛋白石结构的颜色增强材料：选用聚苯乙烯微球作为胶体粒子，制备具有蛋白石结构的模板，再将填充材料的前躯体溶液填充到模板的间隙中，或者将两者按适当比例直接混合，待填充材料固化后去除所述模板以获得具有规则排列的球形空气孔的反蛋白石型光子晶体。

反蛋白石结构光子晶体的调控：同实施例1，反蛋白石型结构光子晶体的反射波长可以通过选择不同粒径的微球来改变，需要注意的是，此中需要考虑去除模板后填充材料的伸缩效应，即模板去除后的球形空气孔的孔径D不等于微球的粒径d。

已知，蚕丝蛋白的折射率为1.54，考虑蚕丝蛋白的伸缩率，模板微球粒径、空气洞大小及以其制备出的反蛋白石光子晶体的反射峰波长的关系可根据下式推断：

a、已知微球粒径d(200<d＜350nm),球形空气孔的孔径D＝1.185714d,反射峰λ＝1.4261D，换算后，反射峰λ＝1.6909d；

b、已知微球粒径d(350<d＜1000nm),球形空气孔的孔径D＝1.3808d-66.635,反射峰λ＝1.4228D-20.6462，换算后，反射峰λ＝1.9646d-89.308；

c、已知反射峰波长λ，微球粒径d＝0.5914λ(338nm<λ<598nm)；

d、已知反射峰波长λ，微球粒径d＝0.5083λ1+46.067(598

nm<λ<1875nm)；

下表为以蚕丝蛋白为填充材料的反蛋白石结构光子晶体的微球粒径、结构色及添加色素对照表：

微球粒径(nm)	225-265	265-290	290-335	335-350	350-360	360-427
							反射峰波长(nm)	380-450	450-495	495-570	570-590	590-620	620-750
结构色	紫色	蓝色	绿色	黄色	橘色	红色
							添加色素	紫色	蓝色	绿色	黄色	橘色	红色

具体步骤为：

1、制备模板：

1.1、按实施例1中所述的通过无皂乳液聚合的方法(粒径范围为100nm-1000nm)，分别制备粒径280nm、340nm、350nm、400nm的单分散聚苯乙烯微球乳液，所添加的丙烯酸分别为2.33mL、1.67mL、1.33mL、1.77mL及0.33mL丙烯酸，所添加的苯乙烯为38.5mL；

1.2、将某一粒径的聚苯乙烯微球乳液(100ul，2wt.％)铺满在平整的玻璃片上，放入40℃烘箱干燥，获得聚苯乙烯模板。

2、制备前躯体溶液：从蚕茧获得蚕丝蛋白溶液，固含量约为5％(w/v)的制备，作为基本材料，使用时用水稀释到2wt.％：

2.1、将碎蚕茧用0.05％(w/v)碳酸氢钠洗涤去除丝胶，然后用去离子水洗涤，自然干燥；

2.2、在60℃将所得的干燥蚕丝纤维溶解在9.2mol/L溴化锂溶液中，在用透析的方法在蒸馏水中析出溴化锂，得到浓度大约5％(w/v)的蚕丝蛋白溶液。

3、分别将蓝色、绿色、黄色、橘色、红色色素溶液(0.5wt.％)与对应粒径的聚苯乙烯微球乳液(2wt.％)、蚕丝蛋白溶液(2wt.％)按体积比3：150：50混合均匀，即获得颜色增强结构色涂料。

此步骤中色素溶液与填充材料溶液(蚕丝蛋白溶液)的质量比可按(0.001-0.1)∶1的配比调配，当色素溶液所占的质量比提高时，最终获得的材料色彩相应的更加鲜艳。

4、将此颜色增强结构色涂料涂覆在玻璃片上，自然干燥固化后，最后浸入四氢呋喃4h去除聚苯乙烯微球，最后将蚕丝光子晶体薄膜从玻璃片上揭下来，即获得反蛋白石型颜色增强结构色薄膜。

5、分别将蓝色、绿色、黄色、橘色、红色色素溶液(0.5wt.％)与蚕丝蛋白溶液(2wt.％)按体积比1：50混合均匀后，涂覆在玻璃片上，待干燥固化后揭下来，即获得无光子晶体结构、含有等量色素的普通蚕丝薄膜。

图3(c)为本实施例所得的颜色增强结构色薄膜的SEM图，可以看出，其为反蛋白石型的光子晶体结构，空洞有序均匀，呈面心立方排列结构；图3(d)为本实施例所得无光子晶体结构、含等量色素的普通蚕丝薄膜的SEM图，可以看出，普通蚕丝薄膜非常平整，无任何可辨认的几何结构。

如图6所示，图中实线为颜色增强结构色薄膜的光谱曲线(掺入蓝色、黄色、橘色色素的光子晶体结构)，虚线为对照的无光子晶体结构的薄膜的光谱曲线，与添加等量色素的无光子晶体结构的普通薄膜材料相比，添加微量色素的颜色增强结构色薄膜材料的颜色强度呈几何式增加，有着近3-5倍的颜色强度。

其中，本实施例所采用的色素(蓝色、绿色、黄色、橘色、红色)并非个例，蚕丝蛋白溶液还可以与其他多种色素颜色进行融合。

实施例3

选用聚苯乙烯微球(PS)作为胶体粒子，制备具有反射紫外线性能的蛋白石型光子晶体结构的涂料。

紫外线的波长范围为10nm-380nm,调整光子晶体的反射峰波长(反射峰波长与微球粒径的关系可根据实施例1中的关系式计算)，使其落在紫外线波长范围内，就能对紫外线进行反射与阻挡，从而很好的保护光子晶体中的色素及其所附着的基质/产品。

具体制备方法为：

1、通过实施例1中所述无皂乳液聚合的方法制备粒径为130nm的单分散聚苯乙烯微球乳液，所添加的丙烯酸的量为4.83ml,苯乙烯为38.5ml；

2、分别将蓝色和黄色色素溶液(0.5wt.％)与聚苯乙烯微球乳液(体积比为0.02)混合均匀，超声分散均匀，即获得颜色增强结构色涂料。

3、将此颜色增强结构色涂料涂覆在玻璃片上，自然干燥即可获得颜色增强结构色涂层。

4、进行抗紫外线强度测试：将所获得的涂层放在紫外光照射下5小时，每1小时测一次，并记录检测结果。所用的紫外光是美国Spectronics公司生产的SB-100P高强度紫外线灯产生的365nm波长紫外线，中心强度为4800μW/cm²，样品与光源距离为15厘米，照射角度约37°。

5、制备具有等量色素但不具备光子晶体结构的涂层：

通过无皂乳液聚合的方法，制备粒径130nm、220nm、300nm的单分散聚苯乙烯微球乳液，固含量约为10％(w/v)，作为基础结构，使用时用水稀释到2wt.％，具体制备方法参考步骤1.1-1.3，对应添加4.83mL、3.33mL、2.00mL丙烯酸；将三种不同粒径的微球等量混合后，分别将蓝色和黄色色素溶液(0.5wt.％)与混合粒径的聚苯乙烯微球乳液(体积比为0.02)混合均匀，超声分散均匀，即获得不具备光子晶体结构且具有等量色素的涂料；将此涂料涂覆在玻璃片上，自然干燥即可获得不具备光子晶体结构且具有等量色素的涂层。

6、对所获得的不具备光子晶体结构的涂层进行相同的紫外线测试，并记录结果。

7、对比：图7为依据步骤4与步骤6的测试记录所作出的、具备光子晶体结构与不具备光子结构的材料在添加等量色素后的色牢度测试图。可以看出，添加蓝色色素的，在紫外光照射4小时以内，有着光子晶体结构的颜色增强结构色涂层材料的颜色强度的仍维持在80％以上，而无光子晶体结构的等量色素涂层的颜色强度，在2小时后颜色强度已达到60％，在4小时后颜色强度大约为27％，到达1/e的半衰期花费了大约3.25小时；添加黄色色素的，在紫外光照射5.5小时以内，有着光子晶体结构的颜色增强结构色涂层材料的颜色强度的仍维持在80％以上，而无光子晶体结构的等量色素涂层的颜色强度，在2小时后颜色强度已达到70％，在5.5小时后颜色强度大约为30％，到达1/e的半衰期花费了大约5.25小时。

结论：粒径为130nm的聚苯乙烯微球乳液经自组装后形成的蛋白石型光子晶体结构的反射峰波长(大约为367nm)恰好落在紫外区(10nm-380nm),具备紫外防护作用。其中，本实施例所采用的色素(蓝色与黄色)并非个例，聚苯乙烯微球溶液还可以与其他多种色素颜色进行融合。

实施例4

根据实施例3中所述的利用反射峰对紫外光进行有效反射的原理，制备具有反蛋白石结构的抗紫外线颜色增强型涂层：选用聚苯乙烯微球与填充材料溶液直接混合作为原料，涂覆于基底上，待其自然干燥固化后，再用腐蚀液去除聚苯乙烯微球，制备具有反射紫外线性能的反蛋白石型光子晶体结构的颜色增强型涂层。

该涂层的制备方法具体为：

1、通过实施例1所述的无皂乳液聚合的方法(粒径范围为100nm-1000nm)，制备粒径215nm的单分散聚苯乙烯微球乳液，其中添加的丙烯酸量为3.42mL，苯乙烯为38.5mL。

2、根据实施例2所述的方法制备蚕丝蛋白溶液。

3、分别将蓝色和黄色色素溶液(0.5wt.％)与聚苯乙烯微球乳液(2wt.％)、蚕丝蛋白溶液(2wt.％)按体积比3：150：50混合均匀，即获得颜色增强结构色涂料。

4、将此颜色增强结构色涂料涂覆在玻璃片上，自然干燥固化后，在此涂料上涂上一层四氢呋喃溶液并用聚四氟乙烯薄膜盖住减少挥发，或者直接浸入四氢呋喃4h去除聚苯乙烯微球(后者模板去除更干净，最后得到的反蛋白石涂层反射效果更佳)，获得反蛋白石型颜色增强结构色涂层。

5、进行抗紫外线强度测试：将所获得的涂层放在紫外光照射下5小时，每1小时测一次，并记录检测结果。所用的紫外光是美国Spectronics公司生产的SB-100P高强度紫外线灯产生的365nm波长紫外线，中心强度为4800μW/cm²，样品与光源距离为15厘米，照射角度约37°。

6、制备具有等量色素但不具备光子晶体结构的涂层：

分别将蓝色和黄色色素溶液(0.5wt.％)与蚕丝蛋白溶液(2wt.％)按体积比3：50混合均匀，即获得不具备光子晶体结构且具有等量色素的涂料；将此涂料涂覆在玻璃片上，自然干燥即可获得不具备光子晶体结构且具有等量色素的涂层。

7、对所获得的不具备光子晶体结构的涂层进行相同的紫外线测试，并记录结果。

8、对比：图8为依据步骤5与步骤7的测试记录所作出的、具备光子晶体结构与不具备光子结构的材料在添加等量色素后的色牢度测试图。可以看出，添加蓝色色素的，在紫外光照射4小时以内，有着光子晶体结构的颜色增强结构色涂层材料的颜色强度的仍维持在80％以上，而无光子晶体结构的等量色素涂层的颜色强度，在2小时后颜色强度已达到55％，在4小时后颜色强度大约为25％，到达1/e的半衰期花费了大约3.25小时；添加黄色色素的，在紫外光照射5.5小时以内，有着光子晶体结构的颜色增强结构色涂层材料的颜色强度的仍维持在80％以上，而无光子晶体结构的等量色素涂层的颜色强度，在2小时后颜色强度已达到80％，在5.5小时后颜色强度大约为30％，到达1/e的半衰期花费了大约5.25小时。

结论：粒径为215nm的聚苯乙烯微球与蚕丝蛋白溶液混合后去除PS模板得到的反蛋白石型光子晶体结构的反射峰波长(大约为364nm)恰好落在紫外区(10nm-380nm),具备紫外防护作用。其中，本实施例所采用的色素(蓝色与黄色)并非个例，蚕丝蛋白溶液还可以与其他多种色素颜色进行融合。

实施例5

制备具有多层蛋白石结构的PS薄膜：

1、通过实施例1所述的方法制备粒径300nm的单分散聚苯乙烯微球乳液，分别将1ul红色色素溶液(0.5wt.％)与1ul、10ul、15ul、20ul、25ul的300nm粒径的聚苯乙烯微球乳液(2wt.％)充分混合，超声分散后铺满在平整的玻璃片(1cm*1cm)上，放入40℃烘箱干燥后得到所需的颜色增强结构色涂层。

2、将此颜色增强结构色涂层放置烘箱，100℃低温处理10分钟后从玻璃片上揭下来，即可获得层数不同的的颜色增强结构色薄膜，其中1ul、10ul、15ul、20ul、25ul的单分散聚苯乙烯微球乳液分别对应的是层数为1，8，19，28，38的颜色增强结构色涂层。

3、对比：通过SEM来测量蛋白石结构的层数，测量不同层数的颜色增强结构色PS薄膜同一区域的光谱。

图9为本实施例所得的颜色增强结构色薄膜的反射率变化以及对应的照片，可以看出，随着光子晶体结构的层数增加，颜色增强结构色薄膜的反射强度呈近似线性增加，与添加等量色素的无光子晶体结构的普通薄膜材料相比，有1层光子晶体结构的颜色增强结构色薄膜材料有近4倍的颜色强度，有8层光子晶体结构的颜色增强结构色薄膜材料有近9倍的颜色强度，有19层光子晶体结构的颜色增强结构色薄膜材料有近20倍的颜色强度，有28层光子晶体结构的颜色增强结构色薄膜材料有近27倍的颜色强度，有38层光子晶体结构的颜色增强结构色薄膜材料有近33倍的颜色强度，其中颜色的增强倍数与光子晶体的蛋白石结构的层数近似呈线性关系。

其中，本实施例所采用的色素(红色色素)并非个例，蚕丝蛋白溶液还可以与其他多种色素颜色进行融合。

实施例6

浇注法制备具有多层反蛋白石结构的蚕丝蛋白薄膜：

1、模板的制备：

通过实施例2所述的方法制备粒径400nm的单分散聚苯乙烯微球乳液，分别将0、30ul、60ul、90ul的400nm粒径的聚苯乙烯微球乳液铺满在平整的玻璃片(1cm*1cm)上，放入40℃烘箱干燥。

2、前驱体的填充与固化：

通过实施例2所述的方法制备制备蚕丝蛋白溶液，固含量约为5％(w/v)，作为基本材料，使用时用水稀释到2wt.％；将某一颜色色素溶液(2ul，0.5wt.％)与蚕丝蛋白溶液(100ul，0.5wt.％)混合均匀后，浇注到聚苯乙烯模板(1cm*1cm)中，室温静置一夜，待其自然干燥。

3、模板的去除：

将上述蚕丝蛋白溶液填充及固化后的样品浸入四氢呋喃中4h，再将薄膜从玻璃基底上揭下来，即得到所需的颜色增强结构色蚕丝蛋白薄膜，其中0、30ul、60ul、90ul的单分散聚苯乙烯微球分别对应的是反蛋白石结构层数为0，9，25，30的颜色增强结构色薄膜。

4、对比：通过SEM来测量颜色增强结构色蚕丝蛋白薄膜的层数，测量不同层数的颜色增强结构色蚕丝蛋白薄膜同一区域的光谱。

图10为本实施例所得的颜色增强结构色薄膜的光谱图以及对应的照片，可以看出，随着光子晶体结构的层数增加，颜色增强结构色薄膜的反射强度呈近似线性增加，与添加等量色素的无光子晶体结构的普通薄膜材料相比，有9层光子晶体结构的颜色增强结构色薄膜材料有近10倍的颜色强度，有25层光子晶体结构的颜色增强结构色薄膜材料有近30倍的颜色强度，有30层光子晶体结构的颜色增强结构色薄膜材料有近40倍的颜色强度，其中颜色的增强倍数与光子晶体的反蛋白石结构的层数近似呈线性关系。

其中，本实施例所采用的色素(红色)并非个例，蚕丝蛋白溶液还可以与其他多种色素颜色进行融合。

实施例7

选用聚苯乙烯微球(PS)作为胶体粒子，制备具有自动调节温度性能的蛋白石型光子晶体结构的涂料。

红外线的波长范围为750nm-1000um,调整光子晶体的反射峰波长(反射峰波长与微球粒径的关系如实施例1中所述)使其落在红外线波长范围内，就能对红外线进行反射与阻挡，带来美观的同时也能自动调节光子晶体所附着的基质或产品的温度。

该涂料的制备方法具体为：

1、通过实施例1所述的无皂乳液聚合的方法(粒径范围为100nm-1000nm)，制备粒径370nm的单分散聚苯乙烯微球乳液，所添加的丙烯酸量为0.83mL，所添加的苯乙烯为38.5mL。

2、分别将蓝色和黄色色素溶液(0.5wt.％)与聚苯乙烯微球乳液(体积比为0.02)混合均匀，超声分散均匀，即获得可自动调节温度的光子晶体涂料。

3、将此涂料涂覆在玻璃片和烧杯外壁上，自然干燥即可获得涂层一次的可自动调节温度的光子晶体涂层。

4、将此涂料涂覆在烧杯外壁和内壁上，自然干燥即可获得涂层两次的可自动调节温度的光子晶体涂层。

5、进行温度测试：将水银温度计的温度测量端放置在带有光子晶体涂层的圆形烧杯内(杯口已密封)，放在红外光照射下2min，同步记录温度测试结果。所用的红外光是欧普公司生产的欧普机制取暖泡(红外线机制)产生的波长不明的红外线，功率为275W，样品与光源距离为10厘米，照射角度约90°。

6、对比：图11为依据步骤5的测试记录所作出的、具备光子晶体结构与不具备光子结构的材料在添加等量色素后的温度测试图和两种材料的光谱图对比。可以看出，在红外光照射2min内，参考物(无光子晶体结构的)的温度从30℃上升到55℃，而有着两次涂层的光子晶体结构的颜色增强结构色涂层材料的温度一直比参考物的温度低4～5℃，有一层涂层的光子晶体结构的颜色增强结构色涂层材料的温度一直比参考物的温度低2～3℃；右侧光谱图中蓝色实线为本实施例所得的自动调节温度涂层的反射光谱，黑色实线为无光子晶体结构的普通涂层的反射光谱，在近红外区自动调节温度涂层有较高的反射率，但是普通涂层对近红外光的反射率很低。

结论：粒径为370nm的聚苯乙烯微球乳液经自组装后形成的蛋白石型光子晶体结构的反射峰波长(大约为880nm)恰好落在红外区(750nm-1000um),对红外线有很好的反射作用，具备自动调节温度作用。其中，本实施例所采用的色素(蓝色与黄色)并非个例，聚苯乙烯微球溶液还可以与其他多种色素颜色进行融合，如果不掺入色素也可以达到自动调节温度的效果，美观方面不如前者。

实施例8

根据实施例7中所述的利用蛋白石型光子晶体结构对红外光有效反射来自动调节温度的结论，制备具有反蛋白石结构的可自动调节温度涂层：选用聚苯乙烯微球与蚕丝蛋白溶液直接混合作为原料，涂覆于基底上，待其自然干燥固化后，再用腐蚀液去除聚苯乙烯微球，制备具有反射红外线性能的反蛋白石型光子晶体结构的涂层。

该涂料的制备方法具体为：

1、通过实施例1所述的无皂乳液聚合的方法(粒径范围为100nm-1000nm)，制备粒径450nm的单分散聚苯乙烯微球乳液，所添加的丙烯酸为0.27mL，所添加的苯乙烯为38.5mL。

2、根据实施例2所述的方法制备蚕丝蛋白溶液。

3、分别将蓝色和黄色色素溶液(0.5wt.％)与聚苯乙烯微球乳液(2wt.％)、蚕丝蛋白溶液(2wt.％)按体积比3：150：50混合均匀，即获得可自动调节温度的涂料。

4、将此涂料涂覆在玻璃片和烧杯外壁上，自然干燥固化后，在此涂料上涂上一层四氢呋喃溶液并用聚四氟乙烯薄膜盖住减少挥发，或者直接浸入四氢呋喃4h去除聚苯乙烯微球(后者模板去除更干净，最后得到的反蛋白石涂层反射效果更佳)，获得一次涂层的反蛋白石型可自动调节温度的光子晶体涂层。

5、将此涂料涂覆在烧杯外壁和内壁上，自然干燥固化后，在此涂料上涂上一层四氢呋喃溶液并用聚四氟乙烯薄膜盖住减少挥发，或者直接浸入四氢呋喃4h去除聚苯乙烯微球(后者模板去除更干净，最后得到的反蛋白石涂层反射效果更佳)，获得两次涂层的反蛋白石型可自动调节温度的光子晶体涂层。

6、进行温度测试：将水银温度计的温度测量端放置在带有光子晶体涂层的圆形烧杯内(杯口已密封)，放在红外光照射下2min，同步记录温度测试结果。所用的红外光是欧普公司生产的欧普机制取暖泡(红外线机制)产生的波长不明的红外线，功率为275W，样品与光源距离为10厘米，照射角度约90°。

7、对比：图12为依据步骤6的测试记录所作出的、具备光子晶体结构与不具备光子结构的材料在添加等量色素后的温度测试图和两种材料的光谱图对比。可以看出，在红外光照射2min内，参考物(无光子晶体结构的)的温度从29℃上升到58℃，而有着两次涂层的光子晶体结构的颜色增强结构色涂层材料的温度一直比参考物的温度低3～4.5℃，有着一层的光子晶体结构的颜色增强结构色涂层材料的温度一直比参考物的温度低1～2℃；右侧光谱图中蓝色实线为本实施例所得的自动调节温度涂层的反射光谱，黑色实线为无光子晶体结构的普通涂层的反射光谱，在近红外区自动调节温度涂层有较高的反射率，但是普通涂层对近红外光的反射率很低。

结论：粒径为450nm的聚苯乙烯微球与蚕丝蛋白溶液混合后去除PS模板得到的反蛋白石型光子晶体结构的反射峰波长(大约为800～1000nm)恰好落在红外区(750nm-1000um),对红外线有很好的反射作用，具备自动调节温度作用。其中，本实施例所采用的色素(蓝色与黄色)并非个例，聚苯乙烯微球溶液还可以与其他多种色素颜色进行融合，如果不掺入色素也可以达到自动调节温度的效果，美观方面不如前者。

实施例9

喷雾干燥法制备蛋白石型颜色增强结构色粉末

实施例1中所述的具有蛋白石型光子晶体结构、且其添加的色素颜色与其结构色对应的涂料也可采用喷雾干燥法进行制备，获得的材料形态为粉末，步骤如下：

1、通过无皂乳液聚合的方法(粒径范围为100nm-1000nm)，制备粒径160nm、220nm、300nm的单分散聚苯乙烯微球乳液，固含量约为10％(w/v)，作为基础结构，使用时用水稀释到2wt.％。具体制备办法参考实施例1，对应添加4.33mL、3.33mL、2.00mL丙烯酸；

2、将某一颜色色素溶液(0.5wt.％)与聚苯乙烯微球乳液(2wt.％，体积比为0.02)混合均匀，超声分散后待用，其中粒径160nm、220nm、300nm的单分散聚苯乙烯微球乳液对应添加紫色色素、绿色色素和红色色素；

3、打开喷雾干燥机后设置喷雾干燥参数：进口温度150℃，出口温度80℃，蠕动泵蠕动速度400mL/hour，风机速度60Pa，然后打开风机和加热器进行预热15min，进出口温度达设置值时，打开空压机、通针、蠕动泵，调节喷雾压力0.25MPa，最后将经分散好后的混合溶液进行喷雾干燥，一分钟以内喷雾干燥完成，得到颜色增强光子晶体材料。

图3(e)为本实施例所得的颜色增强结构色粉末的SEM图，可以看出，其为蛋白石型的光子晶体结构，微球排列有序均匀，近似呈面心立方排列结构。

其中，本实施例所采用的色素(紫色、绿色、红色)并非个例，聚苯乙烯微球乳液还可以与其他多种色素颜色进行融合。

实施例10

喷雾干燥法制备反蛋白石型颜色增强结构色粉末

实施例9中所述的采用喷雾干燥法制备具有蛋白石型光子晶体结构、且其添加的色素颜色与其结构色对应的粉末，也可制备出反蛋白石结构的颜色增强结构色粉末，步骤如下：

1、通过无皂乳液聚合的方法(粒径范围为100nm-1000nm)，制备粒径250nm、320nm、400nm的单分散聚苯乙烯微球乳液，固含量约为10％(w/v)，作为模板结构，使用时用水稀释到2wt.％。具体制备办法参考实施例1，对应添加2.83mL、1.67mL、0.33mL丙烯酸；

2、制备蚕丝蛋白溶液：从蚕茧获得蚕丝蛋白溶液，固含量约为5％(w/v)的制备，作为基本材料，使用时用水稀释到2wt.％，具体制备办法参考实施例2；

3、一步法制备颜色增强结构色粉末原料：

将某一颜色色素溶液(0.5wt.％)与聚苯乙烯微球乳液(2wt.％)、蚕丝蛋白溶液(2wt.％)按体积比3：150：50混合均匀，即获得颜色增强结构色涂料，其中粒径160nm、220nm、300nm的单分散聚苯乙烯微球乳液对应添加紫色色素、绿色色素和红色色素；打开喷雾干燥机后按照实施例9设置喷雾干燥参数，将经分散好后的混合溶液进行喷雾干燥，一分钟以内喷雾干燥完成，得到颜色增强结构色粉末原料。

或者，两步法制备颜色增强结构色粉末原料：

将某一颜色色素溶液(0.5wt.％)与蚕丝蛋白溶液(2wt.％，体积比为3：50)混合均匀待用；打开喷雾干燥机后按照实施例9设置喷雾干燥参数，将某一粒径的微球乳液进行喷雾干燥，一分钟以内喷雾干燥完成；将所得粉末放置100℃烘箱中10min，取出后待其自然冷却至室温时，投入到已掺入色素溶液的蚕丝蛋白溶液中静置1h后取出，其中粒径160nm、220nm、300nm的单分散聚苯乙烯微球乳液对应添加紫色色素、绿色色素和红色色素的蚕丝蛋白溶液，将湿润的粉末放置在聚四氟乙烯薄膜上室温水平静置一夜，待蚕丝蛋白溶液干燥固化后，即得到颜色增强结构色粉末原料。

4、将此颜色增强结构色原料浸入四氢呋喃4h去除聚苯乙烯微球后取出，获得反蛋白石型颜色增强结构色粉末。

图3(f)为本实施例所得的颜色增强结构色粉末的SEM图，可以看出，其为反蛋白石型的光子晶体结构，孔洞有序均匀，近似呈面心立方排列结构。

其中，本实施例所采用的色素(紫色、绿色、红色)并非个例，蚕丝蛋白溶液还可以与其他多种色素颜色进行融合。

实施例11

实施例1中所述的具有蛋白石型光子晶体结构、且其添加的色素颜色与其结构色对应的涂料也可采用提拉涂覆法/模板强制法进行制备，获得的材料形态为纤维，步骤如下：

3、采用提拉涂覆法：将干净的纤维原料浸入分散好后的混合溶液中，设置提拉速度3um/s，温度30℃-40℃，待提拉完成后静置一段时间取出，即得到颜色增强结构色纤维原料，最后将此颜色增强结构色纤维原料放置烘箱，100℃低温处理10分钟，即得到蛋白石型颜色增强结构色纤维材料。

或者采用模板强制法：将经分散好后的混合溶液注射入0.3um的毛细玻璃管中，静置约一天后(也可静置于烘箱30℃-40℃一夜)，待毛细管中微球溶液干燥固化后，即得到颜色增强结构色纤维原料，最后将此颜色增强结构色纤维原料放置烘箱，100℃低温处理10分钟，将毛细管弄碎，或者将纤维原料浸入稀氢氟酸中4h后取出，即得到蛋白石型颜色增强结构色纤维材料。

图3(g-h)为本实施例采用提拉涂覆法所得的颜色增强结构色纤维的SEM图，可以看出，其为蛋白石型的光子晶体结构，微球排列有序均匀，近似呈面心立方排列结构。

实施例12

实施例11中所述的采用模板强制法制备具有蛋白石型光子晶体结构、且其添加的色素颜色与其结构色对应的纤维材料，也可制备出反蛋白石结构的颜色增强结构色纤维材料，步骤如下：

3、一步法制备颜色增强结构色纤维原料：

将某一颜色色素溶液(0.5wt.％)与聚苯乙烯微球乳液(2wt.％)、蚕丝蛋白溶液(2wt.％)按体积比3：150：50混合均匀，即获得颜色增强结构色涂料，其中粒径160nm、220nm、300nm的单分散聚苯乙烯微球乳液对应添加紫色色素、绿色色素和红色色素。

采用提拉涂覆法：将干净的纤维原料浸入分散好后的混合溶液中，设置提拉速度3um/s，温度30℃-40℃，待提拉完成后静置一段时间取出，即得到颜色增强结构色纤维原料。

或者采用模板强制法：将混合均匀后的混合溶液注射入0.3um的毛细玻璃管中，静置约一天后(也可静置于烘箱40℃一夜)，待毛细管中微球溶液干燥固化后，即得到颜色增强结构色纤维原料。

或者，两步法制备颜色增强结构色纤维原料：

将某一颜色色素溶液(0.5wt.％)与蚕丝蛋白溶液(2wt.％，体积比为3：50)混合均匀待用；

采用提拉涂覆法：将干净的纤维原料浸入分散好的某一粒径的微球乳液中，设置提拉速度3um/s，温度30℃-40℃，待提拉完成后静置一段时间后，再次浸入蚕丝蛋白与色素混合溶液中，其中粒径160nm、220nm、300nm的单分散聚苯乙烯微球乳液对应添加紫色色素、绿色色素和红色色素的蚕丝蛋白溶液，设置提拉速度3um/s，温度30℃-40℃，待提拉完成后静置一段时间，即得到颜色增强结构色纤维原料。

或者采用模板强制法：将某一粒径的微球乳液注射入0.3um的毛细玻璃管中，静置约一天后(也可静置于烘箱30℃-40℃一夜)，待毛细管中微球溶液干燥固化后，再将已掺入色素溶液的蚕丝蛋白溶液注射到毛细管中，其中粒径160nm、220nm、300nm的单分散聚苯乙烯微球乳液对应添加紫色色素、绿色色素和红色色素的蚕丝蛋白溶液，室温静置一夜，待蚕丝蛋白溶液干燥固化后，即得到颜色增强结构色纤维原料。

4、模板的去除：

将此颜色增强结构色纤维原料浸入四氢呋喃4h去除聚苯乙烯微球后取出，将毛细管弄碎，或者将纤维原料浸入稀氢氟酸中4h后取出，即得到反蛋白石型颜色增强结构色纤维材料。

图3(i-j)为本实施例中采用模板强制法所得的颜色增强结构色纤维的SEM图，可以看出，其为反蛋白石型的光子晶体结构，孔洞有序均匀，近似呈面心立方排列结构。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种光子晶体材料，其特征在于：其形态呈涂层状、薄膜状、粉末状或纤维状，其具有由单分散的胶体粒子自组装而成的蛋白石型光子晶体结构，所述光子晶体结构中均匀分布有彩色色素，所述胶体粒子表面接枝有丙烯酸支链，在所述丙烯酸支链的作用下所述彩色色素均匀地包覆在所述胶体粒子表面。

2.根据权利要求1所述的一种光子晶体材料，其特征在于：所述彩色色素的颜色为根据可见光波长范围380nm-750nm而划分的六种颜色之一，具体为紫色380nm-450nm、蓝色450nm-495nm、绿色495nm-570nm、黄色570nm-590nm、橘色590nm-620nm及红色620nm-750nm中的一种，所述光子晶体依据组成其的胶体粒子的折射率及粒径大小调整其主反射峰的波长范围，所述主反射峰的波长范围需对应于所添加的彩色色素的颜色，以消除光子晶体颜色的角度依赖性，增强其颜色的鲜艳度和单一性，具体为：

3.根据权利要求1所述的一种光子晶体材料，其特征在于：所述光子晶体依据组成其的胶体粒子的折射率及粒径大小调整其主反射峰的波长范围，使其波长落入紫外线的波长范围10nm-380nm内，从而对紫外线进行反射和阻挡，以对分布在所述光子晶体中的色素以及光子晶体所附着的基质/产品起到紫外线防护作用。

4.根据权利要求1所述的一种光子晶体材料，其特征在于：通过调整光子晶体结构的层数调节光子晶体材料的颜色强度，随着光子晶体结构的层数增加，光子晶体材料的反射强度呈线性增加，其颜色强度随之增加。

5.根据权利要求1所述的一种光子晶体材料，其特征在于：所述光子晶体依据组成其的胶体粒子的折射率及粒径大小调整其主反射峰的波长范围，使其波长落入红外线的波长范围750nm-1000um内，从而对红外线进行反射和阻挡，起到调节温度的作用。

6.一种光子晶体材料，其特征在于：其为以蛋白石型光子晶体为模板，将填充材料的前驱体溶液填充到所述模板的间隙中，或者将两者按适当比例直接混合，待填充材料固化后去除所述模板而获得的具有规则排列的球形空气孔的反蛋白石型光子晶体，其形态呈涂层状、薄膜状、粉末状或纤维状，所述填充材料的前驱体溶液由彩色色素溶液与填充材料溶液按(0.001-0.1)∶1的质量比复合而成；其中，通过调整光子晶体结构的层数调节光子晶体材料的颜色强度，随着光子晶体结构的层数增加，光子晶体材料的反射强度呈线性增加，其颜色强度随之增加。

7.根据权利要6所述的一种光子晶体材料，其特征在于：所述彩色色素的颜色为根据可见光波长范围380nm-750nm而划分的六种颜色之一，具体为紫色380nm-450nm、蓝色450nm-495nm、绿色495nm-570nm、黄色570nm-590nm、橘色590nm-620nm及红色620nm-750nm中的一种，且所述彩色颜色应与所述光子晶体的反射峰的波长相匹配，以消除三维光子晶体颜色的角度依赖性，增强其颜色的鲜艳度和单一性，具体为：

8.根据权利要求6所述的一种光子晶体材料，其特征在于：所述光子晶体依据其模板的胶体粒子的粒径大小和填充材料的折射率以及伸缩率调整其主反射峰的波长范围，使其波长落入紫外线的波长范围10nm-380nm内，从而对紫外线进行反射和阻挡，以对分布在所述光子晶体中的色素以及光子晶体所附着的基质/产品起到紫外线防护作用。

9.根据权利要求6所述的一种光子晶体材料，其特征在于：所述光子晶体依据组成其的胶体粒子的折射率及粒径大小调整其主反射峰的波长范围，使其波长落入红外线的波长范围750nm-1000um内，从而对红外线进行反射和阻挡，起到调节温度的作用。