Koloidal kristal, özellikleri, yalnızca bireysel
elementlerin büyüklüğüne değil aynı zamanda karşılıklı düzenlenişine göre
belirlenmiş, benzer mikron-altı boyuttaki objelerin mekansal olarak düzenlenmiş
sistemidir.
Koloidal sistemlerin çoğu polidisperstir, yani dispers fazın
oldukça geniş boyut dağılımı ile karakterize edilirler. Monodispers kolloidal
sistemlerde gözlenen kolloidal kristalleşme, polidispers sistemlerde için
karakteristik olmayan, benzer şekil, boyut ve etkileşim doğasına sahip
parçacıklardan oluşur. Partiküllerin mekânsal olarak periyodik yapılara
kendiliğinden düzenlendiği bu proses, atomik veya moleküler kristallerin oluşum
prosesine benzer. Prosesteki partikül boyutlarının alt limitini, partiküllerin
Brownian hareketinin şiddeti tayin eder; bunların boyutu birkaç nanometredir ve
geniş düzenlenmiş yapıların stabilizasyonunu önler. Partikül boyutlarının üst
limiti, oluşan yapıdaki kusurların giderilmesini önleyen mikron boyutlu
parçacıkların çok düşük hareketliliği tarafından belirlenir.
Kolloidal kristallerin elde edilmesinde temel yöntem,
gravite sedimantasyonu, dikey depozisyon, elektroforez, dönen bir substrat
üzerinde partikül süspansiyonlarının uygulanması, v.s gibi preoseslerde,
kolloidal boyutta mikrokürelerin self-montajıdır. Aynı zamanda, bu kristaller
optikte kullanıldığında özellikle önemli olan partikül düzenlemesinin türüne ve
ortaya çıkan uzamsal yapının kusursuzluğuna dikkat edilir. Spontan düzenlemenin
başlıca türleri yüzey-merkezli kübik paketleme ve altıgen kapalı-paketlemedir.
Ancak, özel sentetik yöntemler, özellikle de şablonların (templatlar)
kullanılmasıyla, karışım yapılar, gevşek ambalajlamalı yapılar, dokulu
kolloidal kristaller, vs. elde edilebilir. Bulk (kütle) kolloidal kristallerle
birlikte, kompleks şekiller de dahil olmak üzere çeşitli yüzeylerde iki boyutlu
(2D) kristaller (filmler) elde etmek mümkündür.
Fotonik kristaller, uygulamalarına bağlı olarak, özel bir
kolloidal kristaller grubunu oluşturur; optik uygulamaların yüksek
gereksinimlerini karşılar. Fotonik kristaller, partiküllerin kontrollü
self-montajyıla, veya mikro- ve nano elektronik (geleneksel ve modern)
teknolojilerle, yüksek hassasiyetle ince film topografyası formasyonuyla oluşturulabilir.
Kolloidal kristallerin düzenli por (gözenek) boşluğu, kalsinasyon veya seçici
çözünme ile matrisin uzaklaştırılmasıyla diğer bileşenlerle doldurmak için bir
şablon olarak kullanılabilir. En iyi bilinen doğal kolloid kristaller
opallerdir; bunlarda sıralı silis mikrosferler dizisinin gözenek alanı hidratlı
silikon oksit ile doldurulur. Kolloidal kristaller bazı virüslerin konsantre
süspansiyonlarında da oluşur.
P(S/PGL2)-OVA mikrokürelerinden kolloidal kristal SEM fotoğrafları
P(S/PGL): poli(sitiren/α-tert-bütoksi-ω-vinilbenzenzil-poliglisidol)
P(S/PGL): poli(sitiren/α-tert-bütoksi-ω-vinilbenzenzil-poliglisidol)
