Chameleons employ the face-centered cubic structure of guanine nanocrystals rather than chemical pigments for exhibition of skin colors. Moreover, chameleons show color change in full visible range as actively regulating the interparticle spacing of lattice structures. Therefore, mimicking the periodic nanostructures of chameleon enables us to fabricate color-tunable materials. In this thesis, inspired by chameleon, we design nonclose-packed colloidal arrays by spontaneous crystallization attributed from interparticle repulsion. In addition, we manipulate the structural coloration and optical properties by controlling the colloidal arrangements by employing the bidisperse colloidal particles. Moreover, color visibility is significantly enhanced by suppressing the incoherent scattering of light through employing the light-absorbing nanoparticles. Finally, microfluidic technology is employed to produce elastic photonic microbeads and fibers. The resulting microbeads and fiber are utilized as building blocks for secondary assembly to produce mechanochromic materials with any formats. Therefore, the mechanochromic photonic materials have a potential for lots of application such as camouflage, display, and sensors.
카멜레온은 피부 내부에 존재하고 있는 나노 입자들이 이루는 비접촉형 면심 입방 구조의 격자 간격을 능동적으로 조절함으로써 자신의 피부색을 변화시킨다. 따라서 카멜레온의 피부 구조를 모방한다면 우수한 특성을 가지는 변색 가능한 구조체를 설계하는 것이 가능하다. 이에, 본 학위논문에서는 콜로이드 입자들의 상호 반발력을 이용하여 자발적인 비접촉형 배열 구조를 설계하였고, 구조체의 변색 특성을 분석하였다. 또한 구조체의 광학적 특성을 제어하기 위하여 구조체 내부에 이종 입자를 도입하여 입자 배열의 결정성을 제어하거나, 흡광성 입자를 도입함으로써 빛의 비간섭성 산란을 억제하였다. 마지막으로 미세유체소자를 통하여 설계된 변색 소재를 미세 입자나 섬유 형태로 가공하고, 이를 3차원적인 거시구조체를 형성하는 단위체로 활용함으로써 설계된 변색 소재의 가공성을 확보하였다. 따라서 본 학위 논문을 통해 설계된 변색 가능한 구조체는 잠재적으로 디스플레이, 위장 소재, 그리고 센서와 같이 변색이 요구되는 많은 분야에 적용될 수 있을 것이다.
