[發明專利]一種3D打印制備光子晶體的方法

有效

• 申請號: 201310754514.1
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103802315A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 杜學敏;吳天準
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00;C08F292/00;C08F220/28
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 任葵;陳俊斌

技術領域

本申請涉及光子晶體制備領域，尤其涉及一種3D打印制備光子晶體的方法。

背景技術

近年來，通過模擬藍蝶的翅膀、火山蛋白石等自然界的微納米結構，人們利用精密加工法、膠體自組裝法等成功研制了一維、二維、三維光子晶體。所述的一維、二維光子晶體的制備方法技術已經相當成熟，而且相關產品印已經廣泛應用。三維光子晶體的制備遠遠落后于一維和二維光子晶體的制備，即使在半導體工業中也沒有可以借鑒的方法來制造三維光子晶體。最近，一些課題組發展處一些較有效的方法制備三維光子晶體，例如通過層層堆積法制備木料堆結構，或利用單分散微球通過自組裝法制備三維規則結構，然而利用這種方法卻很耗時，而且工藝過程也很復雜。2006年J.Moon課題組首次利用噴墨打印機制備了具有鮮艷顏色的光子晶體微陣列，但其打印也僅限于在二維空間實行，而且難以制備得到介電比高或具有合適網絡拓撲結構的三維光子晶體。

發明內容

本申請要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種3D打印制備光子晶體的方法。

本申請要解決的技術問題通過以下技術方案加以解決：

一種3D打印制備光子晶體的方法，包括：

使用單分散膠體顆粒制作用于3D打印的高分子原材料；

繪制光子晶體的三維實體模型；

對所述三維實體模型進行切片分層，將所述三維實體模型分成多個二維圖形；

使用所述高分子原材料，在基底上依次逐層打印所述二維圖形，并逐層固化，制得所述光子晶體。

上述方法中，所述使用單分散膠體顆粒制作用于3D打印的高分子原材料，具體包括：

使所述單分散膠體顆粒分散于溶濟中，所述制得單分散膠體顆粒的懸浮液；

將所述懸浮液、丙烯酸酯類單體和固化劑混合，混合制得所述高分子原材料。

上述方法中，所述單分散膠體顆粒包括聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、二氧化硅微球、二氧化鈦微球、四氧化三鐵微球、氧化鐵微球、金微球、銀微球中的一種或兩種以上的組合，或聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、二氧化硅微球、二氧化鈦微球、四氧化三鐵微球、氧化鐵微球、金微球、銀微球的改性微球或復合微球中的一種或兩種以上的組合。

上述方法中，所述丙烯酸酯類單體包括可紫外聚合的丙烯酸酯類單體和可加熱聚合的丙烯酸酯類單體，所述固化劑包括紫外固化劑和熱固化劑。

上述方法中，所述可紫外固化的丙烯酸酯類單體包括聚乙二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯或乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯。

上述方法中，所述紫外固化劑包括二苯甲酮（BP）、Ingacure2959、Ingacure2100或2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。

上述方法中，所述單分散膠體顆粒與所述懸浮液的重量與體積百分濃度為1～90%。

上述方法中，所述懸浮液與所述高分子原材料的體積與體積百分比濃度為20～40%，所述丙烯酸酯類單體與所述高分子原材料的體積與體積百分比濃度為5～15%，所述交聯固化劑與所述高分子原材料的質量百分比為0.5～1.5wt%。

上述方法中，所述基底包括特氟龍板、經特氟龍表面處理后的玻片或經特氟龍表面處理后的硅片。

上述方法中，所述三維實體模型切片后，每層的厚度為10～100μm。

由于采用了以上技術方案，使本申請具備的有益效果在于：

在本申請的具體實施方式中，由于使用單分散膠體顆粒制作用于3D打印的高分子原材料，將光子晶體的三維實體模型分層成多個二維圖形，在基底上依次逐層打印二維圖形，并逐層固化，可以制備得到介電比高或具有合適網絡拓撲結構的三維光子晶體。本申請較之現有的光子晶體制備法，不僅快捷便利、設備投資成本低、工藝簡單、節能環保、耗時短，且制備光子晶體的結構形貌更加多樣化、廣泛化，是未來制備特殊用途光子晶體的理想方式。本申請可以實現批量生產，所制備的光子晶體可以廣泛應用于光學器件、組織培養支架、超疏液表面、防偽標識、飾物等科學研究、生活等領域，具有非常廣闊的市場前景。

附圖說明

圖1為本申請的方法在一種實施方式中的流程圖；

圖2為本申請的方法在一種實施方式中打印出的三維光子晶體實體模型；

圖3為本申請的方法在另一種實施方式中打印出的“金字塔群”式的三維光子晶體實體模型。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結合附圖對本申請作進一步詳細說明。