数字艺术品牌营销中的纳米金刚石着色剂：光谱调控与视觉传播研究

《Diamond and Related Materials》：Nanodiamond colorants for digital art brand marketing: Spectral tuning and visual communication study

　　

摘要

本研究探讨了表面功能化纳米金刚石（ND）颗粒的工程化，旨在作为具有精确光谱可控性的可调色剂，应用于数字艺术品牌营销。通过爆炸合成了五种 ND 配方——ND-OH、ND-COOH、ND-NH2、ND-F 和 ND-bare，并表征了它们的光致发光（PL）发射、紫外 - 可见光吸收、胶体稳定性以及在 CIELAB 空间中的色差表现。在水基和紫外固化载体系统中制备了墨水配方，颗粒负载量为 0.1–2.5?wt%，并评估了其粘度、pH 稳定性和 Zeta 电位。色差测量表明，ND-NH2 实现了最宽的色彩 gamut 覆盖率，达到 sRGB 标准的 87.3%，同时 PL 发射可在不同配方间从 468?nm（ND-NH2）调节至 684?nm（ND-bare）。ND-COOH 表现出最高的胶体稳定性，Zeta 电位为?42.3?mV。一项涉及 240 名参与者的消费者调查评估了五个产品类别中的品牌识别度、颜色偏好和购买意向。与传统墨水相比，ND 基色系统的品牌识别度得分高出 23%。色差（Delta-E）分析显示，在负载量高于 1.0?wt% 的情况下，ND 配方对 91% 的测试颜色实现了 ΔE?

引言

先进纳米材料与视觉通信的交汇为数字艺术和品牌营销应用中高保真色剂的设计和生产开辟了新的前沿 [1]。传统颜料和有机染料虽然应用广泛，但存在固有限制，包括光化学不稳定性、有限的光谱可调性和潜在的毒性问题，这促使人们持续研究替代着色平台 [2]。在新兴候选材料中，半导体量子点最初因其尺寸依赖的光致发光和广泛的光谱覆盖而备受关注，但重金属含量（特别是镉和铅）的担忧限制了其在面向消费者应用中的采用 [3]。这种监管和可持续性压力加速了对碳基纳米材料作为内在更安全替代品的兴趣 [4]。（见图 1、图 2、图 3、图 4、图 5、图 6、图 7、图 8、图 9。）（见表 1、表 2、表 3、表 4、表 5、表 6、表 7、表 8、表 9、表 10、表 11。）

通过含碳炸药爆炸合成的纳米金刚石代表了一类结构独特的碳纳米材料，结合了金刚石晶格核心（sp3 杂化碳）和易于多样化功能化化学的化学反应性表面 [5]。爆炸过程通常可获得 4–8　nm 直径的一次颗粒，其表面可通过成熟的合成后处理装饰羟基（–OH）、羧基（–COOH）、氨基（?NH2）或氟（F）基团 [6]。这些表面修饰不仅决定颗粒在载体溶剂中的胶体行为，还深刻影响颗粒集合体的光学性质，包括吸收截面和光致发光发射特性 [7]。嵌入金刚石晶格中的氮 - 空位（NV）中心作为稳定的荧光发射体，其光谱特性对表面功能化创造的局部化学环境敏感 [8]。

从色差学角度看，任何色剂用于品牌营销的实用性最终都是在 CIELAB 色彩空间量化的，该空间提供了设备无关的明度（L*）、红 - 绿对立（a*）、蓝 - 黄对立（b*）、色度（C*）和色相角（h°）坐标 [9]。色彩 gamut——参考标准（如 sRGB 或 DCI-P3）内可重现颜色的包络线——决定了色剂系统在不同显示和印刷基底上忠实表现设计师意图的程度 [10]。对于数字艺术应用，颜色保真度是主要质量准则，因此能够在广泛色相范围内实现低于刚可察觉差异阈值 2.0 的 Delta-E（ΔE）值是关键性能指标 [11]。传统有机墨水系统通常无法达到这一标准，特别是在饱和色相方面，这促使人们寻找具有固有优异光谱纯度的色剂平台 [12]。

品牌营销研究已确立了颜色展示质量与消费者反应（包括品牌识别度、购买意向和产品质量感知）之间的强实证联系 [13]。品牌色板的光谱特性不仅影响美学吸引力，还影响支撑品牌身份的认知和情感联想 [14]。因此，跨基底和复制技术的颜色一致性不仅是技术规范，更是战略资产，任何能改善跨媒体颜色保真度的色剂系统都具有直接的商业价值 [15]。品牌和包装设计中对可持续和非毒性材料的日益重视，进一步提升了碳基纳米材料作为下一代色剂系统候选材料的地位 [16]。

尽管纳米金刚石在生物医学成像方面的光物理性质已有详尽记录 [17]，但将其作为图形艺术和品牌营销应用中可调色剂的系统评估仍然有限。先前的工作已针对 ND 光学行为或胶体配方的单个方面进行了研究，但尚未报道过整合光谱表征、色差表现、墨水配方工程和消费者验证营销结果的综合研究 [18]。这一差距促使了本研究的开展，本研究应用多尺度实验设计，架起纳米材料合成、色差学和消费者行为科学的桥梁，对数字艺术品牌营销中的 ND 色剂进行整体评估。

本研究通过合成五种具有不同表面化学性质的 ND 配方，在系统的颗粒负载范围内表征其光谱和色差特性，在行业相关的载体系统中配制稳定墨水，并进行受控的消费者调查来量化品牌营销结果，从而填补了这一空白。结果表明，ND 色剂为数字艺术品牌身份应用提供了技术上更优且经消费者验证的替代传统有机墨水的方案，结合了广泛的光谱可调性以及安全性和可持续性优势。

章节片段

文献综述

自 20 世纪 60 年代开创性的俄罗斯工作以来，爆炸纳米金刚石合成的科学已被广泛综述，该工作确立了将 TNT-RDX 混合物转化为负氧平衡爆炸波中的 sp3 碳纳米颗粒的基础条件 [9]。Dolmatov 的全面综述记录了控制一次颗粒尺寸和表面化学性质的关键工艺参数，确立了合成后的氧化和还原处理能够

纳米金刚石合成

使用 TNT/RDX 混合物（质量比 60:40）在钢 chamber 中于 CO2 气氛下爆炸合成爆炸纳米金刚石，以抑制石墨化 [19]。通过浓 HNO3 和 H2SO4 混合物（3:1?v/v）在 120　°C 下处理 6?h，随后用去离子水重复离心和洗涤，直至洗涤液达到中性 pH [20]。所得 ND-bare 对照材料的高分辨率

合成与表面表征

爆炸合成始终产生一次直径为 4.8?±?1.2　nm 的 ND-bare 颗粒（通过 HRTEM），与文献中记录的标准 TNT/RDX 爆炸协议下 4–8　nm 尺寸范围一致 [29]。BET 比表面积为 295?±?18　m²/g，证实了有效表面功能化所需的高表面积体积比。FTIR 光谱证实了目标官能团的成功引入：3200–3500　cm^?1 处的强宽吸收峰（OH 伸缩振动）用于

局限性

本研究有几个局限性，限定了其发现的普遍性。首先，消费者调查仅在校准至 sRGB 标准的数字显示屏上进行，这可能无法完全代表在变化的环境照明条件下观看 ND 着色印刷材料时的感知体验。同色异谱——两种颜色在一种光源下匹配但在另一种光源下看起来不同的现象——未被系统评估，且 ND

结论

本研究已证明，表面功能化纳米金刚石颗粒构成了数字艺术品牌营销应用中技术上可行且经消费者验证的色剂平台。对五种配方（ND-OH、ND-COOH、ND-NH2、ND-F、ND-bare）表面化学性质的系统变化产生了从 468?nm 到 684?nm 可调的 PL 发射，使得能够访问来自单一材料类的广泛 CIELAB 色差坐标。ND-NH2 成为性能最高的

CRediT 作者贡献声明

Dong Xie：撰写 – 初稿，监督，形式分析，构思。Wei-Lun Hsu：撰写 – 初稿，软件，方法论，形式分析。

未引用参考文献

[44]

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能影响本文报告的工作。

Dong Xie|Wei-Lun Hsu

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