一种结构色中国画颜料及其制备方法技术领域
本发明属于材料技术领域，特别涉及一种结构色中国画颜料。
背景技术
中国画的颜料和中国画一样有了上千年的发展历史。中国画颜料一般分成矿物颜
料与植物颜料两大类。这些颜料都是利用不同材质对光吸收特性的差异来达到实现各种色
彩的目的。如朱砂就是利用硫化汞的吸收特性来产生红色。目前的颜料可以用于呈现自然
界中的绝大部分色彩，因为人们看到的绝大部分颜色也是由于物体中所含色素对光的吸收
所产生的。但是，自然界中还有一部分颜色不是由于光吸收所产生的。这些颜色广泛存在于
生物中。比如，孔雀和一些鸟类羽毛的颜色、包括大闪蝶在内的多种蝴蝶翅膀的颜色。这些
颜色是由于羽毛或翅膀中存在的微结构对光的衍射和干涉所产生的。这些颜色在生物学中
被成为结构色。因此，有必要开发一种新的中国画颜料，来模仿生物的结构色，提升中国画
对鸟类、蝴蝶类生物颜色的表现力。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构色中国画颜料及其制备方法，以提升中国画对鸟
类、蝴蝶类生物颜色的表现力。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种结构色中国画颜料，该颜料是含有分散度不超过5％的真球形纳米粒子的悬
浊液，且真球形纳米粒子的直径为150-300nm。
进一步的，所述真球形纳米粒子的结构为单一材质球体结构或者多材质球体结
构；所述多材质球体结构包括均一球体结构和核壳球体结构。
进一步的，所述核壳球体结构的壳层厚度为球体直径的10％到50％。
进一步的，所述单一材质球体结构中球体材质为氧化硅、聚苯乙烯或聚甲基丙烯
酸甲脂的一种。
进一步的，所述均一球体结构中球体的材质为均匀掺杂黑色物质或染料的氧化
硅、均匀掺杂黑色物质或染料的聚苯乙烯或均匀掺杂黑色物质或染料的聚甲基丙烯酸甲脂
的一种。
进一步的，所述的黑色物质为黑色素、石墨纳米粒子、氧化铁黑的一种或多种。
进一步的，所述核壳球体结构包括以下两种：
核壳球体结构Ⅰ：核层为单一材质、壳层为多材质；
核壳球体结构Ⅱ：核层为多材质、壳层为单一材质；
其中，所述核壳球体结构Ⅰ的核层材质为单一材质的氧化硅、单一材质的聚苯乙烯
或单一材质的聚甲基丙烯酸甲脂的一种，壳层材质为均匀掺杂黑色物质或染料的氧化硅、
均匀掺杂黑色物质或染料的聚苯乙烯或均匀掺杂黑色物质或染料的聚甲基丙烯酸甲脂的
一种；所述的核壳球体结构Ⅱ的核层材质为均匀掺杂黑色物质或染料的氧化硅、均匀掺杂
黑色物质或染料的聚苯乙烯或均匀掺杂黑色物质或染料的聚甲基丙烯酸甲脂的一种，壳层
材质为单一材质的氧化硅、单一材质的聚苯乙烯或单一材质的聚甲基丙烯酸甲脂的一种。
进一步的，所述悬浊液的溶剂为水或者乙醇中的一种或两种的混合液。
进一步的，所述悬浊液中真球形纳米粒子的体积百分含量为5％-60％。
一种上述的结构色中国画颜料的制备方法，首先制备纳米粒子，然后将制备好纳
米粒子清洗后置于水或乙醇中，超声分散均匀后即得结构色颜料悬浊液。
本发明的原理是：所述颜料的结构色根据布拉格衍射理论由粒子的直径和材质的
折射率决定。不同材质的粒子及掺杂黑色素的纳米粒子有序排列产生的结构色效果也不
同。
所述颜料的结构色的反射波长与粒子直径的关系可由布拉格衍射公式推导。据此
氧化硅粒子的直径与反射波长比为2.26，聚苯乙烯粒子的直径与反射波长比为2.37，聚甲
基丙烯酸甲酯粒子的粒径与反射波长比为2.27。可见光波段中红色对应波段为622～
770nm,橙色对应波段为597～622nm，黄色对应波段为577～597nm，绿色对应波段为492～
577nm，蓝色对应波段为455～492nm，紫色对应波段为350～455nm。以此可推出，不同材质的
纳米粒子直径对应的具体颜色。
有益效果：利用本发明的颜料可以表现普通颜料所无法表现的结构色，特别在花
鸟画中，可以更好地表现自然界中，自然状态花鸟的色彩，提升中国画对鸟类、蝴蝶类生物
颜色的表现力。
附图说明
图1为真球形纳米粒子的四种结构；
图2为结构色中国画颜料干燥过程示意图；
图1中，a-单一材质球体结构、b-均一球体结构、c-核壳球体结构Ⅰ、d-核壳球体结
构Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明的一种结构色中国画颜料，该颜料是含有分散度不超过5％的真球形纳米
粒子的悬浊液，且真球形纳米粒子的直径为150-300nm。
其中，如图1所示，真球形纳米粒子的结构为单一材质球体结构a或者多材质球体
结构b；所述多材质球体结构包括均一球体结构和核壳球体结构。
核壳球体结构的壳层厚度为球体直径的10％到50％。
单一材质球体结构中球体材质为氧化硅、聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲脂的一种。
均一球体结构中球体的材质为均匀掺杂黑色物质或染料的氧化硅、均匀掺杂黑色
物质或染料的聚苯乙烯或均匀掺杂黑色物质或染料的聚甲基丙烯酸甲脂的一种；其中。黑
色物质为黑色素、石墨纳米粒子、氧化铁黑的一种或多种。
如图1，核壳球体结构包括以下两种：
核壳球体结构Ⅰ(图1中c)：核层为单一材质、壳层为多材质；
核壳球体结构Ⅱ(图1中d)：核层为多材质、壳层为单一材质；
其中，所述核壳球体结构Ⅰ的核层材质为单一材质的氧化硅、单一材质的聚苯乙烯
或单一材质的聚甲基丙烯酸甲脂的一种，壳层材质为均匀掺杂黑色物质或染料的氧化硅、
均匀掺杂黑色物质或染料的聚苯乙烯或均匀掺杂黑色物质或染料的聚甲基丙烯酸甲脂的
一种；所述的核壳球体结构Ⅱ的核层材质为均匀掺杂黑色物质或染料的氧化硅、均匀掺杂
黑色物质或染料的聚苯乙烯或均匀掺杂黑色物质或染料的聚甲基丙烯酸甲脂的一种，壳层
材质为单一材质的氧化硅、单一材质的聚苯乙烯或单一材质的聚甲基丙烯酸甲脂的一种。
悬浊液的溶剂为水或者乙醇中的一种或两种的混合液。
悬浊液中真球形纳米粒子的体积百分含量为5％-60％。
本发明中，单一材质的氧化硅粒子的制备方法是改进的stober合成法、单一材质
的聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲脂的制备方法是乳液聚合法。为了使颜料在干燥过程中纳米
粒子能够自发形成有序结构，纳米粒子直径的分散度要小于5％。为了使颜料干燥后生成各
种颜色，纳米粒子的直径可在150～300nm之间变动。氧化硅纳米粒子的粒径是通过粒子的
生长时间来调控的，聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯纳米粒子粒径的控制是通过加入的反应
物的量。通过在这个尺度范围内对真球形纳米粒子粒径的控制可以产生红橙黄绿青兰紫等
各种颜色。为了减少颜料干燥后杂散光的影响，提升颜色的鲜艳度，纳米粒子中可以掺入黑
色素、石墨纳米粒子、氧化铁黑等黑色物质。黑色物质可以均匀掺杂或形成核壳结构。纳米
粒子中也可适当参入各色染料，以提升颜料的表现力。
将纳米粒子分散到水或乙醇溶液中形成分散均匀的悬浊液。为了防止粒子沉降，
可在悬浊液中添加少量的水溶性聚合物，如聚乙烯醇。添加量不超过悬浊液总重量的5％。
配好后的颜料即可用于中国画绘画。用毛笔蘸去颜料，在纸上绘画。颜料干燥过程
中，粒子会发生如图2所示的自组并形成有序结构。粒子在纸上形成有序结构即会产生结构
色。其颜色由纳米粒子的大小所决定。
下面结合具体实施例具体介绍上述结构色中国画颜料的制备：
实施例1
基于单一材质氧化硅纳米粒子的中国画颜料的制备
1)单分散氧化硅纳米粒子的制备：将水、正硅酸乙酯、精氨酸、环己烷均匀混合，制
备出具有单分散性、尺寸在10-20nm的二氧化硅纳米粒子；将上述粒子溶液分散于乙醇、氨
水构建的种子生长反应体系中，在均匀搅拌下，缓慢滴入二氧化硅前聚体溶液，得到所需尺
寸的单分散的二氧化硅粒子；
2)颜料悬浊液的制备：将上述粒子经过多次清洗后调至质量分数为20％的乙醇溶
液，超声分散均匀后即得结构色颜料悬浊液。
实施例2
基于均匀掺杂氧化铁黑聚苯乙烯纳米粒子的中国画颜料的制备
1)表面修饰疏水基团的四氧化三铁纳米颗粒的制备：取FeCl3·6H2O和FeSO4·
7H2O，超声使其溶解于超纯水中，将所得黄褐色的铁盐溶液加入三口烧瓶中，置于70摄氏度
水浴中预热10分钟。待温度稳定后向体系中加入氨水，反应30分钟后，加入油酸和十一烯
酸，升温至85摄氏度继续反应2小时，即可得到油酸与十一烯酸共同修饰的四氧化三铁纳米
颗粒。
2)单分散掺杂氧化铁黑聚苯乙烯纳米粒子的制备：取超纯水，十二烷基磺酸钠，苯
乙烯单体(经减压蒸馏去除阻聚剂)，甲基丙烯酸，十六烷，依次加入250mL三口烧瓶中，搅拌
混合均匀后，加入步骤1)中所述制备所得的油酸和十一烯酸共修饰的Fe3O4纳米颗粒，超声
搅拌2小时使Fe3O4纳米晶体分散于预反应体系中，形成均匀的预聚合乳液体系。然后在氮气
保护下将该预乳液体系置于78摄氏度的油浴中预热20分钟，待反应体系温度均匀后加入
0.3g的引发剂过硫酸钾，反应18小时得到单分散掺杂氧化铁聚苯乙烯纳米粒子；
3)颜料悬浊液的制备：将上述粒子经过多次清洗后调至质量分数为35％的水溶液
并加入质量分数为2％的聚乙二醇，超声分散均匀后即得结构色颜料悬浊液。
实施例3
基于氧化硅粒子为核，黑色素掺杂的氧化硅为壳的核壳结构粒子的中国画颜料的
制备
1)单分散氧化硅纳米粒子的制备：将水、正硅酸乙酯、精氨酸、环己烷均匀混合，制
备出具有单分散性、尺寸在10-20nm的二氧化硅纳米粒子；将上述粒子溶液分散于乙醇、氨
水构建的种子生长反应体系中，在均匀搅拌下，缓慢滴入二氧化硅前聚体溶液，得到所需尺
寸的单分散的二氧化硅粒子；
2)掺杂黑色素氧化硅为壳的核壳结构粒子的制备：将乙醇，氨水及超纯水置于三
口瓶中来构建氧化硅生长的反应体系，接着在体系中加入步骤1)中得到的氧化硅粒
子作为种子，搅拌均匀后缓慢加入氧化硅的前聚体溶液，同时加入盐酸多巴胺(黑色素前聚
体)的水溶液，反应1小时后得到所需尺寸的单分散的黑色素掺杂的氧化硅为壳的核壳结构
粒子。
3)颜料悬浊液的制备：将上述粒子经过多次清洗后调至质量分数为25％的水溶
液，超声分散均匀后即得结构色颜料悬浊液。
实施例4
基于掺杂黑色素聚甲基丙烯酸甲酯粒子为核，氧化硅为壳的核壳结构粒子的中国
画颜料的制备
1)掺杂黑色素聚甲基丙烯酸甲酯粒子的制备：将水、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸
及少量油溶性黑色素颗粒于三口瓶中；启动搅拌装置，转速控制在300rpm左右，调整油浴温
度为110℃并开始加热；溶液沸腾五分钟后加入少量的引发剂过硫酸铵；加入引发剂反应3
个小时即可得到单分散的黑色素聚甲基丙烯酸纳米粒子。
2)氧化硅为壳的核壳结构粒子的制备：将乙醇，氨水及超纯水置于三口瓶中来构
建氧化硅生长的反应体系，接着在体系中加入步骤1)中得到的掺杂黑色素聚甲基丙
烯酸甲酯粒子，搅拌均匀后缓慢加入氧化硅的前聚体溶液，反应1小时后得到所需尺寸的单
分散氧化硅为壳的核壳结构粒子。
3)颜料悬浊液的制备：将上述粒子经过多次清洗后调至质量分数为40％的乙醇溶
液，超声分散均匀后即得结构色颜料悬浊液。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应
视为本发明的保护范围。