2026 年结构色材料全解析：十二条技术路线、应用前景与价格

一层纳米球，同时兼顾颜色、光泽与透明顶涂

这项成果的论文发表于 2026 年 9 月 3 日，神户大学在 9 月 8 日公布了研究消息。材料以晶体硅纳米球为核心、透明二氧化硅为外壳，只铺一层颗粒，就能形成高亮度、高光泽、角度变色较弱的结构色，并已经在立体物体上完成着色演示。

其中，硅核约 158 nm、二氧化硅壳约 20 nm 的样品，单层实测反射率达到 76%。随着硅核从约 110 nm 增大到 204 nm，颜色从紫、蓝一侧逐渐向红色移动。颜色主要来自单个高折射率硅纳米球的共振，因此不必依赖几十层周期结构，也降低了颗粒排列变化和观察角度变化对颜色的影响。

透明保护层能否保留颜色，关系到这类涂层能否真正用于日常产品。许多结构色材料覆盖清漆后，结构与周围介质的折射率差减小，颜色会明显减弱。硅的折射率约为 4，而外围树脂约为 1.5，两者仍有较大差异，因此本次实验在顶涂后保留了主要颜色。

• 应用方向：汽车外壳与内饰、手机和电脑外壳、家电、航空航天、包装、建筑装饰、奢侈品表面及金属件，尤其适合追求金属光泽、又希望减少金属颜料使用的表面。
• 放大工艺：喷涂、狭缝涂布和卷对卷制造具有开发潜力，但实验演示与连续工业生产仍是不同阶段。
• 减重潜力：研究提出，大型飞机传统涂层的数百公斤重量，有望通过极薄的结构色色层大幅降低。这是针对发色层的概念性估算，不能直接视为包含底漆、防腐和保护层的完整航空涂装系统重量，也不代表已经完成航空涂料认证。
• 商业化与价格：目前没有商业售价，仍处于大学成果、创业公司筹建与工业规模制造工艺开发阶段。硅原料的价格不能直接代表未来成品涂料的价格。

阶段评价

以下星级是对研究进展与应用潜力的定性评价，不是正式技术成熟度认证。

水性墨水、彩色图案与反射透射双重效果

神户大学在 2026 年 4 月公布的另一项成果，是水性硅纳米球结构色喷墨墨水。研究已经打印出彩色图案，使这种材料从薄膜样品进一步走向可按图案加工的印刷形式。

这种特性为隐藏图案和透明显示提供了空间。例如，屏幕关闭时可以看到表面结构色图案，屏幕点亮后，图案的存在感减弱，显示内容仍可透过。这是潜在应用方式，不代表相应手机屏幕已经量产。

• 适用方向：隐藏图案、防伪标记、透明显示、玻璃、智能窗和品牌标识。
• 价格与阶段：目前没有正式零售价，打印工艺及工业应用仍在开发。

从植物纤维素到粉末、纺织墨水与装饰膜

Sparxell 是基于剑桥大学相关技术成立的衍生公司，以植物纤维素纳米晶（CNC）为原料。纤维素经提取、分散于水后，在干燥过程中自组装成胆甾相螺旋结构，再由周期结构选择性反射特定波长，形成颜色。

非纳米产品分类描述的是相应成品，不能与制备所用纤维素纳米晶的名称直接混为一谈。生物降解、耐光及合规信息也应对应具体产品和测试条件。

2025 年，Sparxell 已推出首批商业化植物结构色纺织墨水，包括蓝色哑光和闪亮效果。2026 年的融资和扩产安排继续面向吨级生产及更多工业市场；这一规模属于扩产目标，不能直接理解为所有产品都已完成吨级稳定交付。

• 应用方向：纺织品、皮革、化妆品、个人护理、包装及食品包装装饰、油漆、涂料、艺术品，以及替代塑料闪粉的产品、薄膜和箔材。
• 采购方式：主要通过样品、应用测试、项目合作和企业间询价推进，目前没有公开统一的标准公斤价。未注明规格和采购条件的网络报价，难以直接用于成本比较。

商业进展与消费品潜力

以下为本文的定性评价，反映技术、商业进展与应用前景，不是企业公布的认证等级。

三维周期排列带来的鲜明虹彩

日本 artience 的企业开发品采用单分散微粒的三维周期排列，属于典型胶体光子晶体。它已经公开反射波长、强度、半峰宽和施工基材等参数，便于判断应用范围。

角度变色是它最明显的视觉特征。例如，正面呈红色的表面，倾斜后反射峰向短波方向移动，可能逐渐呈现黄色、绿色。对于高级包装、艺术品、汽车内饰、玩具、品牌标识、防伪和特殊装饰，这种效果具有吸引力；对于要求任何角度都保持同一颜色的普通家居墙漆，则未必合适。

价格：采用企业询价方式，没有公开标准零售价。

粒径控制颜色，热处理改善固定效果

日本物质·材料研究机构（NIMS）在 2026 年发表的研究，用二氧化硅胶体粒子制备人工蛋白石，通过浸涂在玻璃、陶瓷、曲面乃至粗糙素烧陶器上形成结构色。

未固定的二氧化硅颗粒容易被擦掉。热处理与疏水处理的意义，在于提高耐水和耐摩擦性能，让颜色能够承受更接近日常使用的环境。二氧化硅本身成本较低、稳定、耐紫外线，但自组装和固定工艺仍没有普通釉料成熟。

• 应用市场：瓷砖、陶瓷餐具、玻璃瓶、高档酒瓶、建筑玻璃、艺术玻璃、奢侈品包装和陶瓷装饰。
• 价格与阶段：目前属于科研技术，没有成品商业售价。

从静态颜色转向可逆响应

2026 年的 SiO₂/HBA 响应型结构色材料，将光子结构与弹性体系结合。拉伸会改变结构间距，进而连续改变反射颜色；水分也能触发可逆的颜色变化。

这种变色不依赖传统色素，而由结构变化产生。它可面向应变传感器、压力检测、机器人皮肤、可穿戴设备、运动装备、智能标签、防伪以及军事和机器人伪装。当前仍是科研材料，没有商品价格。

让精密结构保留在每一颗微球内部

传统结构色常依赖整片精确排列的薄膜，难以直接像普通颜料一样混入油漆。嵌段共聚物（BCP）路线试图把发色结构做进微球，让每一颗粒子本身就是光子颜料。

这条路线的理想产品形态，是涂料厂能够采购指定颜色的光子微球粉，再加入水性涂料、聚氨酯、其他树脂、油墨、塑料或化妆品体系。2025 年已有另一项研究将 BCP 结构色微粒加入水性聚氨酯黏结剂，制成结构色涂料。

主要难点：聚合物合成复杂、成本偏高，颗粒均一性和吨级生产仍需解决。目前主要处于科研及向中试探索的阶段，尚不能作为成熟大宗颜料看待。

短程有序、长程无序的非虹彩颜色

规则光子晶体往往会随观察角度改变颜色，而日常涂料、塑料和包装通常希望颜色稳定。2025 年的一类生物基瓶刷嵌段共聚物（BBCP）光子颜料，以水、植物油和可降解瓶刷嵌段共聚物形成短程有序、长程无序的光子玻璃结构。

• 颜色表现：实现非虹彩红、绿、蓝结构色，包括结构色领域较难获得的较纯红色。
• 实际意义：降低颗粒取向和观察角度对颜色的影响，更接近普通颜料的使用方式。
• 潜在应用：油漆、塑料、包装、化妆品和墨水。
• 商业阶段：仍需推进低成本制造，目前没有商业价格。

利用工业基材构成薄膜光学腔

2025 年的一类半金属结构色采用铋（Bi）、氧化铝（Al₂O₃）与底部基材构成光学腔，使不锈钢、硅等工业表面直接参与发色。典型设计包含约 10 nm 的超薄铋层和百纳米级氧化铝介质层。

• 优势：膜层很薄、颜色较纯、角度稳定性较好，而且不需要金、银等贵金属背反射层。
• 应用方向：电子产品外壳、金属装饰、建筑金属板、不锈钢制品、汽车零件和航空航天部件。
• 制造要求：依赖物理气相沉积、溅射、蒸镀等真空设备，成本更接近半导体或工业表面处理工艺，无法按普通桶装颜料的采购方式比较。

色域面积达到 Rec.2020 的约 1.06 倍

2026 年发表于《自然·通讯》的一类二氧化硅—氮化硅（SiO₂–Si₃N₄）全介质叠层超表面，实现了接近理想的窄带结构色，报告的色域面积约为 Rec.2020 标准色域的 1.06 倍。这里比较的是色域面积，不能据此推断所有显示性能都超过这一标准。

• 适用方向：高端显示器、微显示、增强现实与虚拟现实设备、防伪、高密度光学信息存储、颜色滤光片和传感器。
• 成本限制：纳米加工费用较高，短期内难以在普通涂装市场与每公斤几十元人民币的常规颜料竞争。它的价值主要体现在高性能光学器件中。

高反射率与极窄红色反射峰

2026 年的氧化铟锡（ITO）双层纳米光栅研究，通过导模共振获得窄带结构色，代表性的红色反射峰位于 625 nm。

8 nm 的半峰宽意味着反射光谱十分集中，有利于获得纯度较高的颜色；普通颜料的反射光谱通常宽得多。这类结构适合显示像素、光学滤光片、超薄显示、防伪标签和传感设备，目前仍属于纳米器件路线，并非低价大宗颜料。

纤维素纳米晶膜与气凝胶的双层组合

2026 年的一项研究把纤维素纳米晶结构色膜与纤维素气凝胶叠成双层结构，在呈现颜色的同时实现被动日间辐射制冷。实验报告，在阳光直射条件下，样品温度可低于环境温度约 1.9°C。

针对中国多个城市的模型计算，给出了超过 55% 的制冷能源节约潜力。这个比例来自特定条件下的模型结果，不是所有建筑都能达到的实测节能率，也不能与样品的 1.9°C 实验降温直接等同。

• 材料价值：常见红、蓝、黑颜料会吸收部分太阳光并发热。结构色可通过反射谱设计获得颜色，同时尽量减少太阳能吸收，为彩色降温表面提供新的选择。
• 潜在应用：建筑外墙、屋顶、汽车、遮阳结构、户外设备、帐篷和服装。
• 现实阶段：仍属于科研材料，实际产品的耐久性、成本和节能效果需要进一步验证。

先分清成品、企业开发品与科研材料

结构色成品、原材料和科研试剂是三个不同层次的价格。先进结构色材料大多按企业项目询价，公开报价通常需要结合规格、采购量与工艺条件理解。

• 神户大学 Si@SiO₂ 核壳结构色：尚未商业销售，没有成品公开价。
• 神户大学硅结构色喷墨墨水：尚未商业销售，没有正式零售价。
• Sparxell 纤维素结构色颜料：已经开始商业化，采用企业询价。
• artience 光子晶体结构色：企业开发品，按应用询价。
• NIMS 二氧化硅人工蛋白石：科研技术，无商品售价。
• 嵌段共聚物光子颜料：主要处于科研阶段。
• 超表面结构色：按器件设计与加工成本评估。
• 商用效果型干涉颜料：已经广泛销售，存在小包装零售产品。
• 部分中国光子晶体颜料供应商：已有企业采购平台挂牌报价，需要核对材料实质和检测数据。

两类公开报价的人民币对照

以下金额统一按 2026 年 9 月 9 日参考汇率折算为人民币，仅用于比较公开价格，不代表国内到手价；运费、进口环节费用及实际结算汇率可能影响采购成本。

第一类数字来自中国供应商在企业采购平台上标称光子晶体结构色颜料的挂牌价。它不能作为整个行业的标准价格，也不能单凭名称确认材料质量。采购时需要查看技术数据表、扫描电子显微镜图像、反射光谱、粒度分布、耐候性和批次稳定性。

日本 PIGMENT TOKYO 的 Scales Color 属于薄膜干涉类特殊效果颜料，采用云母基材和钛系黑色层产生干涉与角度变色。它可以归入广义物理结构或干涉效果颜料，但与硅纳米球、胶体光子晶体等新型材料的结构不同。

这两类报价反映出一个现实差异：成熟特效颜料已有每克数元人民币的小包装产品，而新型纳米光子颜料仍可能价格较高，或者根本没有公开报价。性能、商品形态和采购数量不同，不能只比较每克价格。

以羟丙基纤维素为例理解成本差异

羟丙基纤维素（HPC）本身能够形成胆甾型液晶结构色。科研试剂价格可以帮助了解原料量级，却不能直接代表完成配方、涂布和质量控制后的工业结构色产品价格。

以上同样按 2026 年 9 月 9 日参考汇率折算。结构色制造的关键成本，往往集中在以下环节：

• 粒径与结构控制：颗粒必须足够均一，微纳结构必须能够准确复制。
• 稳定自组装：排列要稳定，干燥时不能塌陷，涂布过程不能破坏发色结构。
• 批次一致性：不同批次应保持接近的颜色、反射光谱与施工性能。
• 实际使用耐久性：水、树脂和保护层不能明显破坏颜色，还要满足耐候与附着要求。
• 产品验证：毒理、法规与应用场景要求也会增加开发和验证成本。

硅和纤维素原料便宜，并不意味着相应结构色颜料就能便宜量产。把微观结构稳定地制造出来，并让它经得起实际使用，才是与普通颜料拉开成本差距的主要原因。

结合产品进展与应用前景的观察排序

以下顺序综合考虑商业化进展、潜在市场和进入日常产品的可能性，属于应用前景判断，不是按单项实验性能排列，也不是正式技术成熟度排名。

• 第 1 位：Sparxell 纤维素结构色。已开始商业化，较早的应用集中在衣服、包装和化妆品。
• 第 2 位：Si@SiO₂ 米氏共振结构色。正在推进产业化开发，值得关注汽车、包装与消费电子表面。
• 第 3 位：artience 光子晶体。已有企业开发品，适合装饰、包装和艺术应用。
• 第 4 位：硅喷墨结构色。已完成打印演示，正在向工业应用靠近，可能先用于防伪、印刷和透明显示。
• 第 5 位：二氧化硅人工蛋白石。自组装与固定工艺继续改善，重点市场是陶瓷和玻璃。
• 第 6 位：嵌段共聚物结构色微球。处于实验室向中试探索阶段，面向油墨、油漆和化妆品。
• 第 7 位：响应型光子弹性体。仍在实验室阶段，适合可穿戴设备和传感器。
• 第 8 位：结构色辐射制冷。实验室已展示颜色与降温的结合，后续看建筑和汽车应用。
• 第 9 位：铋 / 氧化铝光学腔。依赖特种制造工艺，可能进入金属制品和电子产品表面处理。
• 第 10 位：超表面结构色。以高端纳米器件为主，重点是显示、防伪、增强现实和虚拟现实。

这些路线的发展重点逐渐清晰：更高的色纯度、更低的虹彩、更可靠的动态响应，以及可打印、可扩产和多功能化。它们并不服务于完全相同的市场，一种材料适合显示像素，并不意味着它也适合大面积建筑涂装。

硅核壳纳米球涂层：观察从实验性能到工业施工的跨越

2026 年 9 月公布的 Si@SiO₂ 技术，在低虹彩、高光泽、薄色层、立体表面着色和透明保护层兼容方面取得了进展。接下来真正决定应用速度的，是大面积施工、长期耐候、批次一致性和制造成本。它在实验中缓解了传统结构色涂层的多项难题，但距离成熟汽车涂料仍有验证工作。

植物纤维素颜料：观察消费品市场的实际采用

这条路线已经面向化妆品、服装、包装、闪粉和油墨等大规模消费市场，也已有商业化产品。后续的关键，是颜色选择、不同配方的兼容性、稳定供应以及与现有颜料相比的整体成本。

结构色与功能材料：颜色本身成为信息和性能的一部分

结构色还可以承担压力传感、湿度指示、防伪编码、热管理、透明显示和太阳能组件装饰等功能。SiO₂/HBA 材料的 110% 拉伸范围、253 nm 光谱移动与 6.7 nm/ms 光谱响应速度，展示了颜色与机械响应结合的可能；纤维素双层材料则展示了颜色与被动降温的结合。这些方向的价值，在于同一层材料能够同时完成着色和功能任务。