自然界中，从无序到有序的自组装是构建复杂功能材料的关键途径，但该过程通常受限于高能垒、熵罚以及缓慢的动力学，尤其在常温常压下难以实现快速、大规模的规则结构制备。胶体光子晶体（CPC）因其可调的结构色和光学性能而备受关注，但传统制备方法（如蒸发诱导自组装、剪切诱导组装）往往在组装速率、光学质量和机械性能难以兼顾。生物系统如硅藻和蜘蛛丝则通过分子介体巧妙地降低能垒、偏置组装路径，实现快速有序化并增强结构稳定性。受此启发，研究人员试图引入小分子介体来调控胶体颗粒间相互作用，以期在常温下实现快速、无模板、可规模化的有序组装，但此前仍缺乏能同时满足工业级生产速度、大面积均匀性和优异综合性能的可行策略。
二、【创新成果】
基于生物系统的启发，复旦大学汪长春教授联合英国剑桥大学Oren A. Scherman教授在Science上发表了题为“Monomer-biased manufacture of industrial-scale colloidal photonic films”的论文，报道了开发了一种单体介导的胶体组装策略。利用普通低分子量单体作为组装介体，与核壳胶体微球混合后，单体被吸附至壳层，通过削弱氢键等链间相互作用、调节体系粘弹性，使胶体体系在室温剪切下10 s内即可完成从无序到高度有序的转变，大幅降低能垒。这使得原位加工能够与CPC薄膜的卷对卷制造相兼容，且薄膜具有可调的机械性能。可以生产出坚固的15 μm厚薄膜，该薄膜包含超分子基质，长度可达4000 m，宽度可达1.3 m，生产速度为25 m/min。这些薄膜兼具鲜艳的结构色和高透明度（>90%），同时具有机械坚固性和快速自修复能力，展示了一条可扩展的高质量胶体光子材料制备途径。
三、【图文解析】
图1 单体导向的胶体组装过程及其机制图示 ©2026 AAAS
图2 用于工业规模3D CPC薄膜的室温高通量胶体工程 ©2026 AAAS
图3 工业级3D CPC结构色膜的机械性能 ©2026 AAAS
图4 胶体结构色薄膜的应用 ©2026 AAAS
四、【科学启迪】
受生物系统的启发，本研究开发了一种单体介导的胶体组装策略，实现了室温下快速、无模板的工业规模制备高质量3D CPC薄膜。该策略通过低分子量单体作为介体，偏置组装路径，降低能垒，使剪切诱导有序在数秒内完成。结合原位聚合和超分子网络设计，所得薄膜兼具优异光学性能（高反射强度、窄FWHM、高透明度）、机械稳健性（弹性、韧性）和快速自修复能力。卷对卷工艺可连续生产长达4000 m、宽1.3 m、厚15 μm的薄膜，速度达25 m/min。最后，本研究展示了薄膜在光子学、传感和软物质工程中的多种先进应用，并为各向异性和分级结构颗粒在工业尺度上的快速精准组装奠定了基础。
原文详情：Monomer-biased manufacture of industrial-scale colloidal photonic films (Science 2026, 393, 1009-1013)
本文由赛恩斯供稿。
