[發明專利]一種彈性膠體晶體膜及其制備方法

無效

• 申請號: 201110197927.5
• 申請日: 2011-07-15
• 公開（公告）號: CN102251272A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 楊楊;藍鼎;王育人
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: C30B5/00
• 分類號: C30B5/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝;王藝

技術領域

本發明涉及一種彈性膠體晶體膜及其制備方法。

背景技術

材料微觀結構的周期性排列使得材料具有一些新的性能。膠體晶體的結構是長程有序的，因其潛在的應用價值，近年來受到廣泛關注。

1996年Jethmalani等人提出，膠體晶體選擇性的衍射可見光，且所衍射的可見光的波長隨著晶格常數和布拉格衍射角的變化而改變。Fudouzi制備出彈性膠體晶體，其結構色在拉力作用下發生可逆的變化，此顏色可被肉眼識別，其布拉格衍射峰為力學強度的函數，可將其應用于力學響應傳感器件。Xia等人還制備出特殊“紙張”，即向PS(聚苯乙烯)光子晶體中填充PDMS(聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane))，以能使PDMS溶脹的溶劑作為“墨水”，進行書寫。PDMS的溶脹改變了膠體晶體的晶格常數，從而實現了用無色墨水在無色材料上進行彩色書寫。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可應用于力學傳感器等器件的彈性膠體晶體膜及其制備方法。

本發明的一種彈性膠體晶體膜的制備方法是：

1)在基片的表面涂覆彈性高分子物質，形成一層0.1～0.5mm厚的彈性膜；

2)對所述彈性膜進行表面親水處理；

3)將所述基片豎直浸泡在膠體微球懸浮液中3-5天時間，以在彈性膜的表面層積上膠體微球層；

4)用彈性高分子物質進行填充，即將上述基片浸泡在彈性高分子溶液中5～15小時，然后在保溫箱中放置1～4小時，在50～100℃下固化。

優選地，重復所述步驟4)2～10次，以進行充分的彈性高分子物質填充。

優選地，所述彈性高分子物質包括PDMS、橡膠或聚氨酯。

優選地，所述膠體微球為PS或PMMA等高分子微球。

優選地，所述膠體微球為SiO₂或TiO₂等氧化物微球。

本發明還提供了一種彈性膠體晶體膜，該晶體膜采用如下步驟進行制備：

1)在基片的表面涂覆彈性高分子物質，形成一層0.1～0.5mm厚的彈性膜；

2)對所述彈性膜進行表面親水處理；

3)將所述基片豎直浸泡在膠體微球懸浮液中3-5天時間，以在彈性膜的表面層積上膠體微球層；

4)用彈性高分子物質進行填充，即將上述基片浸泡在彈性高分子溶液中5～15小時，然后在保溫箱中放置1～4小時，在50～100℃下固化。

優選地，重復所述步驟4)2～10次，以進行充分的彈性高分子物質填充。

優選地，所述彈性高分子物質包括PDMS、橡膠或聚氨酯。

優選地，所述膠體微球為PS或PMMA等高分子微球。

優選地，所述膠體微球為SiO₂或TiO₂等氧化物微球。

本發明通過采用豎片生長的方式進行彈性膠體晶體膜的制備，并通過填充彈性高分子物質改變其結構色，能夠制備出應用于力學傳感器件等的彈性膠體晶體膜。此外，由于采用豎片生長的方式，生長出來的膠體微球層為單晶結構，從而使得彈性膠體晶體膜在拉伸變形的時候變形更加均勻，可以進一步提高傳感器準確性、靈敏性。

具體實施方式

以彈性高分子物質為PDMS，膠體微球為PS高分子微球來具體說明本發明的彈性晶體膜具體制備方法：

1、彈性膜的制備

Sylgard?184(中文名是聚二甲基硅氧烷)與硅油0.65cSt按一定(1∶1)的質量比稀釋以后，將其旋涂或者浸涂到玻璃基片上，從而在基片的表面涂覆一層PDMS層，形成一層0.1～0.5mm厚的彈性膜，然后用氧的等離子體濺射基片表面的PDMS層，使得PDMS富集O-鍵，從而具有親水特性。

2、彈性光子晶體膜的制備

將PS微球懸浮液用超純水稀釋，使其固含量為0.1～10％，將處理好的玻璃基片豎直放于PS懸浮液中，然后置于干燥箱中幾天，得到PS膠體晶體。

3、填充光子晶體膜

將PDMS填充到PS薄膜中(上述基片浸泡在彈性高分子溶液中10小時，然后放到保溫箱中(50℃)2小時固化)，從而將緊密排列的PS微球分離開來。

重復上述步驟3多次，就可以從納米尺度上改變晶體的間距，得到具有可逆結構色的彈性膠體晶體膜。

由于本發明采用豎直層積生長的方式來制備彈性膠體晶體膜，因此生長出來的是單晶結構，從而使得彈性膠體晶體膜在拉伸變形的時候變形更加均勻，可以進一步提高傳感器的性能。

上面僅列舉了PS-PDMS的實施例，本方法還適用于其他的彈性膠體晶體，膠體微球可以為PS，PMMA等高分子微球，SiO₂，TiO₂等氧化物微球，彈性高分子物質采用PDMS、橡膠、聚氨酯等彈性高分子材料。