一種結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜及其制備方法，所述光子晶體薄膜包括：反蛋白石型聚合物光子晶體薄膜和液體涂層，反蛋白石型聚合物光子晶體薄膜是將聚合物前軀體溶液均勻滲入蛋白石型光子晶體的孔隙中，聚合并除去蛋白石型光子晶體結構得到的，具有鮮亮的結構色；選用液體浸潤所述聚合物光子晶體薄膜，并在其表面形成液體涂層；光子晶體薄膜的結構色及浸潤性可以人為調控。本發明將浸潤液體的光子晶體的結構色與其光滑的表面性能結合起來，使人工制備的三維反蛋白石型光子晶體薄膜成功地具有鮮亮的結構色和可控的浸潤性能，填補了人為調控光子晶體薄膜的顏色和浸潤性工作的空白，實現了良好的機械性能和光學性能的完美結合。
【專利說明】一種結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光子晶體制備【技術領域】，特別是涉及一種結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002]自然界中的生命具有億萬年的進化歷史，向自然學習是新材料發展的永恒主題。從生物中獲得啟發，實現宏觀和微觀的統一，模擬生物體某一個方面的特異性功能，實現新材料的設計和制備，是向自然學習的新理念。
[0003]拉力調控仿生光滑光子晶體結構薄膜，類似于聚集在一起覆蓋我們眼睛的眼淚，當它被拉伸時就會改變性能。拉伸操作導致光子晶體結構納米孔洞變大或者變小，因而導致連續的液面發生變形，即當拉伸拉力調控仿生光滑光子晶體結構薄膜時，其結構色會發生改變而且表面粗糙。這兩種特征只是通過拉伸就能夠被快速、完美的操控。
[0004]三維反蛋白石型光子晶體薄膜是由層狀有序的空洞結構構成的，這種三維反蛋白石型光子晶體結構在自然界中存在，也可以通過復制蛋白石型光子晶體模版得到。存在于自然界中的三維反蛋白石型光子晶體結構通常都具有鮮亮的結構色，但是，由于受到浸潤性調控的局限，人工制備反蛋白石型光子晶體結構受到了限制。目前，同時進行人為調控光子晶體薄膜的顏色和浸潤性的工作仍然是空白。
【發明內容】
[0005]本發明主要解決的技術問題是提供一種結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜及其制備方法，能夠使三維反蛋白石型光子晶體薄膜同時具備鮮亮的結構色和良好的浸潤性，且其結構色和浸潤性可以人為調控。
[0006]為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是:提供一種結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜，包括:反蛋白石型聚合物光子晶體薄膜和液體涂層；所述反蛋白石型聚合物光子晶體薄膜是將聚合物前軀體溶液均勻滲入蛋白石型光子晶體的孔隙中，聚合并除去蛋白石型光子晶體結構得到的；選用液體浸潤所述聚合物光子晶體薄膜，在其表面形成所述液體涂層。
[0007]在本發明一個較佳實施例中，所述反蛋白石型聚合物光子晶體薄膜具有鮮亮的結構色；所述光子晶體薄膜的結構色及浸潤性是可以人為調控的。
[0008]為解決上述技術問題，本發明采用的另一個技術方案是:提供一種制備權利要求1所述的結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜的方法，該制備方法具體步驟包括:
(1)制備蛋白石型光子晶體薄膜:選擇直徑為200~400nm的單分散性納米粒子，按照三維蛋白石型光子晶體薄膜的制備方法，將所述納米粒子制備成蛋白石型光子晶體薄膜；
(2)制備反蛋白石型光子晶體薄膜:將聚合物前軀體溶液均勻滲入步驟(I)中制備的蛋白石型光子晶體的孔隙中，聚合后，除去蛋白石型光子晶體結構，得到有序的反蛋白石型光子晶體薄膜；(3)制備液體浸潤的光子晶體薄膜:向步驟(2)中制備的反蛋白石型光子晶體薄膜表面滴加浸潤液體，使其完全浸潤，形成液體涂層，得到結構色及浸潤性雙調控光子晶體結構薄膜。
[0009]在本發明一個較佳實施例中，所述步驟(I)中，所述單分散性納米粒子為金屬氧化物、無機鹽、聚電解質、嵌段聚合物、共聚物、液晶材料、介孔納米粒子、金和銀中的至少一種。
[0010]在本發明一個較佳實施例中，所述步驟(I)中，所述三維蛋白石型光子晶體薄膜的制備方法為豎直沉積法、刮膜法、旋轉涂膜法、提拉法、氣相沉積法和電沉積法中的至少一種。
[0011]在本發明一個較佳實施例中，所述蛋白石型光子晶體薄膜的厚度為400 nm~400Wn。
[0012]在本發明一個較佳實施例中，所述步驟(2 )中，所述聚合物前軀體溶液為甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸羥乙酯、醋酸丁酸纖維素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、氟硅甲基丙烯酸酯、全氟醚、N-乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、甲基丙烯酸縮水甘油酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷和聚氨酯中的至少一種。
[0013]在本發明一個較佳實施例中，所述聚合物前軀體溶液的聚合方法為熱聚合和紫外光聚合中的至少一種。
[0014]在本發明一個較佳實施例中，所述步驟(2)中，除去蛋白石型光子晶體結構的方法為酸腐蝕、堿腐蝕和熱燒除中的至少一種。
[0015]在本發明一個較佳實施例中，所述步驟(3)中，浸潤液體為硅油、乙醇和超純水中的至少一種。
[0016]本發明的有益效果是:本發明基于向自然學習的新理念，在制備三維反蛋白石型光子晶體薄膜時，將浸潤液體的光子晶體的結構色與其光滑的表面性能結合起來，使人工制備的三維反蛋白石型光子晶體薄膜成功地具有鮮亮的結構色和可控的浸潤性能，填補了人為調控光子晶體薄膜的顏色和浸潤性工作的空白，實現了良好的機械性能和光學性能的
完美結合。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明一種結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜及其制備方法的光子晶體薄膜示意圖；
附圖中各部件的標記如下:1.反蛋白石型聚合物光子晶體薄膜，2.液體涂層。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
[0019]實施例中采用的實施條件可以根據具體廠家的條件做進一步調整，未注明的實施條件通常為常規實驗中的條件。
[0020]請參閱圖1,本發明實施例包括:
一種結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜，包括:反蛋白石型聚合物光子晶體薄膜和液體涂層；所述反蛋白石型聚合物光子晶體薄膜是將聚合物前軀體溶液均勻滲入蛋白石型光子晶體的孔隙中，聚合并除去蛋白石型光子晶體結構得到的，具有鮮亮的結構色；選用液體浸潤所述的聚合物光子晶體薄膜，在其表面形成所述液體涂層；所述光子晶體薄膜的結構色及浸潤性是可以人為調控的。
[0021]所述蛋白石型光子晶體薄膜的組成納米粒子為金屬氧化物、無機鹽、聚電解質、嵌段聚合物、共聚物、液晶材料、介孔納米粒子、金和銀中的至少一種。
[0022]所述蛋白石型光子晶體薄膜是按照三維蛋白石型光子晶體薄膜的制備方法進行制備的，其制備方法為豎直沉積法，刮膜法，旋轉涂膜法，提拉法，氣相沉積法和電沉積法中的至少一種。
[0023]所述聚合物前軀體溶液為甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸羥乙酯、醋酸丁酸纖維素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、氟硅甲基丙烯酸酯、全氟醚、N-乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、甲基丙烯酸縮水甘油酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷及聚氨酯中的至少一種。
[0024]實施例1
【權利要求】
1.一種結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜，其特征在于，包括:反蛋白石型聚合物光子晶體薄膜和液體涂層；所述反蛋白石型聚合物光子晶體薄膜是將聚合物前軀體溶液均勻滲入蛋白石型光子晶體的孔隙中，聚合并除去蛋白石型光子晶體結構得到的；選用液體浸潤所述聚合物光子晶體薄膜，在其表面形成所述液體涂層。
2.根據權利要求1所述的結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜，其特征在于，所述反蛋白石型聚合物光子晶體薄膜具有鮮亮的結構色；所述光子晶體薄膜的結構色及浸潤性是可以人為調控的。
3.一種制備權利要求1所述的結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜的方法，其特征在于，該制備方法具體步驟包括: (1)制備蛋白石型光子晶體薄膜:選擇直徑為200~400nm的單分散性納米粒子，按照三維蛋白石型光子晶體薄膜的制備方法，將所述納米粒子制備成蛋白石型光子晶體薄膜； (2)制備反蛋白石型光子晶體薄膜:將聚合物前軀體溶液均勻滲入步驟(I)中制備的蛋白石型光子晶體的孔隙中，聚合后，除去蛋白石型光子晶體結構，得到有序的反蛋白石型光子晶體薄膜； (3)制備液體浸潤的光子晶體薄膜:向步驟(2)中制備的反蛋白石型光子晶體薄膜表面滴加浸潤液體，使其完全浸潤，形成液體涂層，得到結構色及浸潤性雙調控光子晶體結構薄膜。
4.根據權利要求3所述的結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述單分散性納米粒子為金屬氧化物、無機鹽、聚電解質、嵌段聚合物、共聚物、液晶材料、介孔納米粒子、金和銀中的至少一種。
5.根據權利要求3所述的結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述三維蛋白石型光子晶體薄膜的制備方法為豎直沉積法、刮膜法、旋轉涂膜法、提拉法、氣相沉積法和電沉積法中的至少一種。
6.根據權利要求5所述的結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜的制備方法，其特征在于，所述蛋白石型光子晶體薄膜的厚度為400 nm~400 Mm。
7.根據權利要求3所述的結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，所述聚合物前軀體溶液為甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸羥乙酯、醋酸丁酸纖維素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、氟硅甲基丙烯酸酯、全氟醚、N-乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、甲基丙烯酸縮水甘油酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷和聚氨酯中的至少一種。
8.根據權利要求7所述的結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜的制備方法，其特征在于，所述聚合物前軀體溶液的聚合方法為熱聚合和紫外光聚合中的至少一種。
9.根據權利要求3所述的結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，除去蛋白石型光子晶體結構的方法為酸腐蝕、堿腐蝕和熱燒除中的至少一種。
10.根據權利要求3所述的結構色及浸潤性雙調控的光子晶體薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(3 )中，浸潤液體為硅油、乙醇和超純水中的至少一種。
【文檔編號】C08J9/42GK103467773SQ201310416532
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】趙遠錦, 劉慈慧, 陸潔, 鄭付印, 顧忠澤 申請人:東南大學