[發明專利]利用噴墨打印技術制備具有響應性及圖案化的光子晶體復合膜的方法

無效

• 申請號: 201110427702.4
• 申請日: 2011-12-19
• 公開（公告）號: CN103158382A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 王利彬;王京霞;周金明;宋延林
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所;北京三星通信技術研究有限公司
• 主分類號: B41M5/00
• 分類號: B41M5/00;B41J2/01;C09D11/10
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明屬于膠體光子晶體膜的制備技術領域，尤其涉及利用噴墨打印技術簡單快速制備具有超快響應性及圖案化的光子晶體復合膜的方法。

背景技術

光子晶體的概念自1987年被提出以來，經過二十多年的發展，已經成為當今物理學、光電子學、材料學、化學、納米技術等領域共同關注的研究熱點。基于已知光子晶體的各種特殊性質，其應用涵蓋了光、電、催化、傳感、顯示、檢測等眾多領域。在通常的專利文獻中，膠體光子晶體膜主要應用在濾波器(如CN：01105105.1，CN：98110990.X)，光開關(CN：02160207.7)，光波導(CN：02804125.9，CN：99810798，CN：01132293.4，CN：02811132.X)，光纖(CN：00803964.X，CN：00803960.7，CN：03127694.6)等方面。響應性光子晶體在許多重要領域有著廣闊的應用前景，如仿生材料、生物分離、臨床診斷、藥物釋放體系、化學機械體系和化學閥門、環境檢測以及作為各種物理、化學傳感器等。

光子晶體膜的響應速度是決定其應用前景的關鍵因素。超快速響應的光子晶體膜在危險氣體檢測、化學反應監控及智能顯變色方面具有明顯的應用優勢。相關報道主要從兩個角度致力于提高光子晶體膜的響應速度。從化學組成的角度，清華大學的李廣濤課題組(Huang?Jing，Guangtao?Li?et?al.，Chem.Commun.，2010，46，4103-4105)通過改變凝膠分子鏈上的親溶劑基團的類型和數量，提高了濕度響應的反蛋白石型聚離子液體光子晶體膜的響應速度。從物理結構的角度，美國伊利諾斯大學的Broun課題組(Yun?Ju?Lee?and?Paul?V.Braun，Adv.Mater.2003，15，563-566)首先發現了多孔結構光子晶體響應速度快于復合結構；同濟大學的葛建平課題組(Ruyang?Xuan，Jianping?Ge?et?al.，J.Mater.Chem.2011，21，3672-3676)通過調整凝膠膜的尺寸、交聯程度，實現了響應速度可控的光子晶體膜的制備。近年來韓國Moon課題組(J.Park?and?J.Moon，Langmuir?2006，22，3506-3513)和本案發明人課題組(CN：200710179880.3，CN：200810115540.9，CN：201010578852.0)通過噴墨打印制備了圖案化響應性光子晶體膜，為發展光子晶體的廣泛應用提供了新思路。目前已經實現了通過噴墨打印制備單帶隙及復合帶隙、單響應及復合響應的具有亮麗結構色的圖案化光子晶體膜，所打印的圖案可以借助計算機軟件靈活設計。然而利用噴墨打印獲得的具有超快響應性及圖案化的光子晶體復合膜尚無報道，具有超快響應性及圖案化的光子晶體復合膜的簡單快速制備可以極大拓寬光子晶體在智能顯色和靈敏檢測等領域的應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用噴墨打印技術一步制備具有外界環境響應性及圖案化的光子晶體復合膜的方法。

本發明的目的之二是提供由噴墨打印技術制備得到的能夠超快速響應外界環境變化的光子晶體復合膜。

本發明的目的之三是提供由噴墨打印技術制備得到的能夠超快響應外界環境變化的光子晶體復合膜在濕度、溫度、酸性氣體和/或堿性氣體的氛圍下的單重或多重響應監測方面的應用。

本發明采用單分散乳膠粒、響應性功能聚合物的單體、交聯劑、引發劑、高沸點助劑和水的混合液為墨水，在具有特殊浸潤性的基材上，通過噴墨打印將其中的單分散乳膠粒組裝成圖案化的光子晶體復合膜。光子晶體復合膜由噴墨打印機噴出的微滴干燥后形成，通過高沸點助劑減緩微滴干燥過程，特殊浸潤性基材阻止微滴過度鋪展，實現高度有序的單分散乳膠粒的間隙中填充有響應性的交聯聚合物。具有大比表面積的噴墨打印得到的光子晶體復合膜作為響應單元，可以大幅提高光子晶體復合膜的吸收和釋放響應物質的速度，從而實現百毫秒級的超快速響應。這種超快響應的光子晶體復合膜既可以通過人的裸眼分辨顏色變化實現可視檢測，又在外界環境變化引起的快速智能顯示單元，危險物質檢測、化學反應監控、光開關、集成光路等領域有著廣闊的應用前景。

本發明的利用噴墨打印技術制備具有超快響應性及圖案化的光子晶體復合膜的方法，是借助噴墨打印機與計算機的結合，利用計算機軟件設計圖案，通過噴墨打印機打印單分散乳膠粒與響應性功能體系共組裝獲得的。上述的制備方法具有工藝簡單，成本低廉，對設備無特殊要求等特點。

本發明的利用噴墨打印技術制備具有超快響應性及圖案化的光子晶體復合膜的方法為：