Structural Color Production in Melanin‐Based Disordered Colloidal Nanoparticle Assemblies in Spherical Confinement

材料科学 分散性 纳米颗粒 黑色素 结构着色 吸收(声学) 散射 光学 纳米技术 光电子学 化学 复合材料 高分子化学 生物化学 光子晶体 物理
作者
Anvay Patil,Christian M. Heil,Bram Vanthournout,Markus Bleuel,Saranshu Singla,Ziying Hu,Nathan C. Gianneschi,Matthew D. Shawkey,Sunil K. Sinha,Arthi Jayaraman,Ali Dhinojwala
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:10 (5) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/adom.202102162
摘要

Abstract Melanin is a ubiquitous natural pigment that exhibits broadband absorption and high refractive index. Despite its widespread use in structural color production, how the absorbing material, melanin , affects the generated color is unknown. Using a combined molecular dynamics and finite‐difference time‐domain computational approach, this paper investigates structural color generation in one‐component melanin nanoparticle‐based supraparticles (called supraballs) as well as binary mixtures of melanin and silica (nonabsorbing) nanoparticle‐based supraballs. Experimentally produced one‐component melanin and one‐component silica supraballs, with thoroughly characterized primary particle characteristics using neutron scattering, produce reflectance profiles similar to the computational analogs, confirming that the computational approach correctly simulates both absorption and multiple scattering from the self‐assembled nanoparticles. These combined approaches demonstrate that melanin's broadband absorption increases the primary reflectance peak wavelength, increases saturation, and decreases lightness factor. In addition, the dispersity of nanoparticle size more strongly influences the optical properties of supraballs than packing fraction, as evidenced by the production of a larger range of colors when size dispersity is varied versus packing fraction. For binary melanin and silica supraballs, the chemistry‐based stratification allows for more diverse color generation and finer saturation tuning than does the degree of mixing/demixing between the two chemistries.

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