Un cristal coloidal es un sistema ordenado espacialmente de objetos de tamaño submicrónico que tienen un tamaño similar, cuyas propiedades están determinadas no solo por el tamaño de los elementos individuales, sino también por las características de su posición relativa.
La mayoría de los sistemas coloidales conocidos son polidispersos, es decir, se caracterizan por una distribución de tamaño bastante amplia de las partículas de la fase dispersa . En los sistemas coloidales monodispersos, que consisten en partículas cercanas en forma, tamaño y naturaleza de interacción entre ellas, se puede observar un fenómeno que no es característico de los sistemas polidispersos: la cristalización coloidal . Este proceso de ordenamiento espontáneo de partículas en estructuras espaciales periódicas es en muchos aspectos similar a lo que ocurre durante la formación de cristales atómicos o moleculares . El límite de tamaño inferior de las partículas utilizadas para esto está determinado por la alta intensidad del movimiento browniano de partículas de tamaño inferior a unos pocos nanómetros ., que impide la estabilización de estructuras ordenadas extendidas; el superior se debe a la movilidad demasiado baja de las partículas de tamaño micrométrico , lo que impide la curación de los defectos en la estructura formada.
El principal método para la obtención de cristales coloidales son los procesos de autoensamblaje de microesferas de tamaño coloidal durante la sedimentación bajo la acción de la gravedad, deposición vertical, electroforesis , deposición de suspensiones de partículas sobre un sustrato giratorio , etc. Al mismo tiempo, mucho se presta atención a la naturaleza (tipo) de ordenamiento de las partículas y la perfección de la estructura espacial resultante, que es especialmente importante cuando se utilizan estos cristales en óptica . Los principales tipos de ordenamiento espontáneo son el empaquetado compacto cúbico y hexagonal centrado en las caras , sin embargo, el uso de técnicas sintéticas especiales, en particular, el uso de plantillas , permite obtener estructuras mixtas, estructuras sueltas, cristales coloidales texturizados, etc. Junto con la obtención de cristales coloidales a granel, es posible obtener cristales (películas) bidimensionales (2D) en varias superficies, incluidas formas complejas.
Una variedad especial de cristales coloidales asociados a su principal campo de aplicación son los cristales fotónicos . Su especificidad está determinada por los altos requisitos de las aplicaciones ópticas a la perfección y extensión de las estructuras espaciales utilizadas. La formación de cristales fotónicos es posible tanto mediante el autoensamblaje controlado de partículas como mediante la formación de alta precisión del relieve de películas delgadas utilizando tecnologías tradicionales y modernas de microelectrónica y nanoelectrónica . El espacio poroso ordenado de los cristales coloidales se puede utilizar como plantilla para rellenar con otros componentes, seguido de la eliminación de la matriz mediante calcinación o disolución selectiva. Los cristales coloidales de origen natural más conocidos son los ópalos , en los que el espacio poroso de una matriz ordenada de microesferas de sílice está lleno de óxido de silicio hidratado . Los cristales coloidales también se forman en suspensiones concentradas de algunos virus .