[發明專利]一種制備亞微米尺度單層聚苯乙烯膠粒晶體的新方法

有效

• 申請號: 201310545582.7
• 申請日: 2013-11-07
• 公開（公告）號: CN103556227A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 王曉冬;儀桂云;李彥偉;孫正林;儀云云;王燕;曹建亮;孫廣;孟哈日巴拉;張戰營
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: C30B29/58
• 分類號: C30B29/58
• 代理公司: 深圳市金筆知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 44297
• 代理人: 王國旭

技術領域

本發明涉及一種制備亞微米尺度聚苯乙烯膠粒晶體的新方法，尤其是一種制備亞微米尺度單層聚苯乙烯膠粒晶體的新方法。

背景技術

一、相關術語解釋：?

膠粒晶體：由一定尺度的膠體微球采用一定的方法制備（或自組裝）而成的有序組裝體。

單層膠粒晶體：僅由一層膠體微球組裝而成的膠粒晶體。???????????????????????????????????????????????

聚苯乙烯膠體微球：以苯乙烯為單體采用一定的聚合方法聚合而成的球形粒子，用于膠粒晶體組裝的膠體微球粒徑相對標準偏差應<5%。

亞微米尺度：是指在100～1000nm的尺度范圍。

醇水比：乙醇和水的質量比，用K表示。

二、背景技術介紹：

近10年來，亞微米尺度聚苯乙烯(PS)微球組裝的膠粒晶體(colloidal?crystals)越來越引起人們的關注。作為一類新型有序材料，PS膠粒晶體可潛在地用于具有帶隙的光子晶體、光學濾波器、光開關、高密度電磁數據存儲器以及化學和生物化學傳感器。同時，利用膠粒晶體作為模板制備的有序大孔材料可用于催化、光敏太陽能電池、分離技術以及吸附材料等等。目前，單層亞微米尺度PS膠粒晶體以其良好的濾光性逐漸成為帶隙光學材料研究的重點。

通常，PS膠粒晶體是采用單分散的PS膠體顆粒的有序組裝來實現。膠粒晶體由一種或多種單分散膠體粒子組裝并規整排列而成的二維或三維有序結構體。膠粒晶體的自組裝方法很多，如重力沉積法、垂直沉積法、室溫快速組裝法、旋涂法、浸涂法、氣-液界面組裝法以及其他方法。根據上述不同方法的特點，可分別適合組裝不同材質、不同粒度或表面特點的膠體微球。其中適合組裝亞微米尺度PS微球膠體晶體的方法包括重力沉積法、垂直沉積法、室溫快速組裝法以及水介質氣-液界面組裝法等，但這幾種方法均難以有效控制薄膜晶體的層數，故無法得到單層的PS膠粒晶體。采用旋涂法和浸涂法可獲得單層PS膠粒晶體，但需要依賴較為復雜的儀器設備，且晶體中PS微球排列的有序度較差。

文獻調研發現，韓國人Im等人在2002年在德國的《先進材料》期刊上最先報道了一種氣-液界面組裝亞微米PS膠體晶體的方法。該方法是在以水為分散介質的PS膠體微球懸浮液表面組裝PS膠粒晶體有與本發明相近的技術方案，但該方法組裝的PS膠粒晶體均為三維組裝體（即多層組裝體），無法實現單層PS膠粒晶體的組裝。

因此，現有絕大部分組裝方法僅能夠組裝三維PS膠粒晶體，無法實現單層PS膠粒晶體的組裝。即使懸浮法和浸涂法可實現單層PS微球的單層組裝，但對組裝所使用的設備要求較高，而且組裝周期（時間）較長，組裝的單層PS膠粒晶體的質量較差。

發明內容

本發明針對單層PS膠粒晶體的有序自組裝，提出了一種在醇水混合介質的氣-液界面組裝單層聚苯乙烯膠粒晶體的簡便方法，采用該方法可以實現大面積單層聚苯乙烯膠粒晶體的快速組裝。本方法具有設備簡單，條件要求低，組裝效率高等特點。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種制備亞微米尺度單層聚苯乙烯膠粒晶體的新方法，包括以下步驟：

S1:?在燒杯內依次加入乙醇、水和亞微米尺度聚苯乙烯微球，配置成亞微米尺度聚苯乙烯微球懸浮液；

S2:將燒杯置于超聲波清洗器內超聲分散3min，令懸浮液內的亞微米尺度聚苯乙烯微球均勻分散；

S3:將燒杯放置在恒溫干燥箱內，溫度設定在70-80℃，恒溫加熱20-30min后，在燒杯內懸浮液的氣-液界面處生成亞微米尺度單層聚苯乙烯膠粒晶體。

進一步，步驟S1中所述亞微米尺度聚苯乙烯微球懸浮液中，乙醇和水的混合質量比為15-20：1，亞微米尺度聚苯乙烯微球的粒徑為100-550nm。

進一步，步驟S1中所述亞微米尺度聚苯乙烯微球懸浮液中，乙醇和水的混合質量比為18：1，亞微米尺度聚苯乙烯微球的粒徑為300nm。

進一步，所述亞微米尺度聚苯乙烯微球懸浮液的質量百分比濃度為1-5wt%。

再進一步，所述亞微米尺度聚苯乙烯微球懸浮液的質量百分比濃度為2wt%。