Un cristal coloidal este un sistem ordonat spațial de obiecte de dimensiuni submicronice care sunt apropiate ca mărime, ale căror proprietăți sunt determinate nu numai de dimensiunea elementelor individuale, ci și de caracteristicile poziției lor relative.
Majoritatea sistemelor coloidale cunoscute sunt polidisperse, adică sunt caracterizate printr-o distribuție a dimensiunilor destul de largă a particulelor fazei dispersate . În sistemele coloidale monodisperse, constând din particule apropiate ca formă, mărime și natura interacțiunii dintre ele, se poate observa un fenomen care nu este caracteristic sistemelor polidisperse - cristalizarea coloidală . Acest proces de ordonare spontană a particulelor în structuri spațiale periodice este în multe privințe similar cu ceea ce se întâmplă în timpul formării cristalelor atomice sau moleculare . Limita inferioară de dimensiune a particulelor utilizate pentru aceasta este determinată de intensitatea mare a mișcării browniene a particulelor mai mici de câțiva nanometri , ceea ce împiedică stabilizarea structurilor ordonate extinse; cea superioară se datorează mobilității prea scăzute a particulelor de dimensiunea micronului, ceea ce împiedică vindecarea defectelor din structura formată.
Metoda principală de obținere a cristalelor coloidale sunt procesele de auto-asamblare a microsferelor de dimensiune coloidală în timpul sedimentării sub acțiunea gravitației, depunerea verticală, electroforeză , depunerea suspensiilor de particule pe un substrat rotativ etc. În același timp, mult se acordă atenție naturii (tipului) de ordonare a particulelor și perfecțiunii structurii spațiale rezultate, ceea ce este deosebit de important atunci când se utilizează aceste cristale în optică . Principalele tipuri de ordonare spontană sunt împachetarea cubică și hexagonală centrată pe față , cu toate acestea, utilizarea unor tehnici sintetice speciale, în special, utilizarea șabloanelor , face posibilă obținerea de structuri mixte, structuri slab împachetate, cristale coloidale texturate etc. Odată cu obținerea cristalelor coloidale în vrac, este posibilă obținerea și a cristalelor (filme) bidimensionale (2D) pe diferite suprafețe, inclusiv forme complexe.
O varietate specială de cristale coloidale asociate cu domeniul lor principal de aplicare sunt cristalele fotonice . Specificul lor este determinat de cerințele ridicate ale aplicațiilor optice la perfecțiunea și amploarea structurilor spațiale utilizate. Formarea cristalelor fotonice este posibilă atât prin auto-asamblarea controlată a particulelor, cât și prin formarea de înaltă precizie a reliefului filmelor subțiri folosind tehnologii tradiționale și moderne de micro și nanoelectronică . Spațiul poros ordonat al cristalelor coloidale poate fi folosit ca șablon pentru umplerea cu alte componente, urmată de îndepărtarea matricei prin calcinare sau dizolvare selectivă. Cele mai cunoscute cristale coloidale de origine naturală sunt opalele , în care spațiul porilor unei rețele ordonate de microsfere de silice este umplut cu oxid de siliciu hidratat . Cristalele coloidale se formează, de asemenea, în suspensii concentrate ale unor virusuri .