给纺织品染色可能会危害环境，形成污染并消耗大量的水和能源。现在研究者们表示他们可以通过用乳胶纳米微粒纺丝直接得到有色纤维。通过控制纳米微粒的大小，研究人员可以调节纤维的颜色。如果他们能使纤维的强度达到纺织的要求，面料和制衣厂商将来或许能在不需要任何染料的情况下，生产出多种颜色的衣物。
这类新型纤维利用了一种发现于自然界中的现象——结构色；比如某些鸟的羽毛或是甲虫壳的颜色并不是来自色素，而是来自光与材料的物理结构之间的相互作用。
中国苏州大学的高分子化学家和物理学家张克勤想把这一原理应用于合成纤维中。“基本上，你可以通过设计结构获得各种不同的颜色，”他说。结构色纤维不仅能避免染料带来的环境问题，而且应该不会褪色。
为了得到这种纤维，张与其同事从合成一批批同样尺寸的纳米微粒开始着手，他们使用的材料是苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物。张团队将每批纳米球体微粒悬浮分散于聚乙烯醇（PVA）溶液中，并将得到的粘性流体充入喷洒器中。用静电纺丝工艺——即利用电压使喷洒器中的流体形成超细的丝落于喷洒器下方的表面上，研究人员将这些细胶体纤维制成毡后清洗干燥。未洗过的毡是白色的，但是当清洗步骤去除了大部分PVA粘合剂，得到由球体微粒规则堆积形成的纤维时，颜色就显现出来了。
纤维毡的颜色取决于球体的大小。因为微粒的尺寸大小与可见光的波长相近，每根纤维中堆积的球体微粒形成的网格组成了能反射特定的狭窄范围的波长的光的晶体，从而制造出了几乎纯的颜色。直径220纳米的球体产生的是绿色纤维，直径246纳米的球体得到的是红色纤维，直径280纳米的球体得到的则是紫红色纤维。
然而颜色并不是完美的纯色，原因是米氏散射——由于不同波长的光从微粒个体上反射而形成的分离效应。为调查米氏散射扮演的角色，研究人员将纳米微粒填进用作模具的毛细玻璃管中。这样得到的纤维中，球体微粒形成了比静电纺丝法纤维更规则的晶体，减轻了米氏散射的程度，得到了更纯的颜色。
扫描电镜照片显示出乳胶纳米微粒用静电纺丝法生成的纤维的结构（上图）。不同大小的球体微粒得到的纤维毡显现出不同的颜色（下图）。
张说，现在最大的问题是这些直径只有1.3微米的纤维机械强度不够，无法制成纺织品。他的团队正在探索解决这个难题的方法。一种解决方式或许是将胶体微粒制成墨水，然后印在更传统的纤维表面上。
研究自然界中的结构色的日本大阪大学物理学家吉冈伸弥（Shinya Yoshioka）认为这项研究十分吸引人。“如果纤维能达到适合纺织的强度，我认为它绝对会很有用，”他说。
资料：
1、Structural Color From Nanoparticles Makes Bright Fibers
2、Structural Coloration of Colloidal Fiber by Photonic Band Gap and Resonant Mie Scattering
文：雯熙她爸
