[發明專利]無裂紋膠體晶體、反相膠體晶體及其制備方法

在審

• 申請號: 201410797914.5
• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN104611762A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 王利魁;齊家鵬;姚伯龍;劉云
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C30B5/00
• 分類號: C30B5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種無裂紋膠體晶體、反相膠體晶體及其制備方法，屬于膠體晶體自組裝及其制備技術領域。

背景技術

膠體晶體是由膠體微球通過自組裝形成的排列規整具有一定晶型的三維有序結構，由于其折射系數周期性的變換，產生了對某一特定波段的光強反射而其他波段的光能透過的效果，利用膠體晶體為模板，可以制備具有光子能帶隙的反相膠體晶體，即光子晶體。另外，膠體晶體由于其規則的孔結構，在色譜和催化等領域亦有著巨大的應用前景。目前膠體晶體的制備方法主要有重力沉積法、垂直沉積法、水平沉積法、旋涂法、氣液界面自組裝、噴墨打印法等。其中最常用的是垂直沉積法，該方法由于制備周期相對較短、制備的膠體晶體結構規整、缺陷較少而成為科研和生產中最為廣泛應用的方法。然而該方法中，微球在基片上排列規整后，隨著微球之間溶劑的揮發，微球間距逐漸變小，干燥后微球陣列中難以避免地出現裂紋。

中國專利申請CN102502659A及CN103145134A提出一種將二氧化硅微球在高溫下煅燒，之后用于自組裝來制備無裂紋膠體晶體的方法。該方法在高溫煅燒之后需要對微球進行再分散，再分散的徹底程度嚴重影響自組裝過程形成的膠體晶體的有序度，并且影響膠體晶體的產率。另外，該方法并不適合于聚合物微球例如聚苯乙烯或者聚甲基丙烯酸甲酯微球的自組裝，因為這些微球無法承受較高的煅燒溫度。

發明內容

本發明的目的在于提出一種通過在微球乳液中加入適量硅酸鈉、硅酸鉀或者二者的混合物，從而避免膠體晶體制備過程中產生裂紋的方法。

本發明所提出的方法包含以下步驟：

(1)在膠體微球的乳液中加入適量硅酸鈉、硅酸鉀或者二者的混合物，完全溶解后，置入容器中；

(2)在容器中插入基片,基片垂直或者傾斜放置于乳液之中；

(3)將容器靜置于室溫或者烘箱中，由于溶劑自然揮發、乳液的抽取或者基片的機械提拉使得乳液液面相對基片下降，從而沿著液面掃過基片的方向，微球在基片上自組裝形成規整排列的膠體晶體膜。由于硅酸鹽的添加，其水解產物填充在微球之間，使得由溶劑揮發而產生的微球間距減小得到了有效抑制，從而避免了膠體晶體膜中裂紋的出現；

(4)最后通過化學或者物理方法去除微球之間的硅酸鹽水解產物可得到膠體晶體，或者亦可以去除微球得到反相膠體晶體。

步驟1中，在膠體微球乳液中加入的硅酸鈉、硅酸鉀或者二者的混合物的重量為乳液重量的0.02-8％，優選為乳液重量的0.05-3％。

步驟1中所述的膠體微球可以為聚合物微球或者無機微球，聚合物微球優選自聚苯乙烯微球、交聯的聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚甲基丙烯酸乙酯微球，無機微球優選為二氧化硅微球；乳液中微球的粒徑為80nm-2000nm。形成乳液的分散相一般為水或者乙醇。

上述制備方法中，步驟2中基片一般為玻璃、石英玻璃、硅片等。基片豎直或者傾斜放置于乳液之中。

當乳液所用分散相為水時，一般放置于烘箱之中，溫度控制為30-95℃，優選40-60℃，恒溫24h，從而隨著溶劑的揮發，微球在基片上自組裝。如果所用分散相為乙醇，一般溫度控制在0-70℃之間，優選10-40℃。

上述制備方法步驟(3)中，可以通過氫氟酸蝕刻的方法去除微球之間的硅酸鹽水解產物，從而制得無裂紋的膠體晶體；另外如果微球為聚合物時，可以通過在有氧環境下煅燒至450℃以上或者通過選用適當的有機溶劑來溶去微球，從而得到無裂紋的反相膠體晶體。

附圖說明

圖1為實施例1所得到的被硅酸鹽水解產物填充的膠體晶體的掃描電鏡圖。

圖2為實施例1所得到的去除微球之間硅酸鹽水解產物后得到的膠體晶體的掃描電鏡圖。

具體實施方式

以下所述實施實例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。

以下所述實例中所使用的原料、試劑等，如無特殊說明，均為可以從商業途徑購得。

實施例1、SiO₂微球乳液中添加硅酸鈉并通過自組裝制備無裂紋膠體晶體。

從市面上購買粒徑為290nm的SiO₂微球乳液(分散相為H₂O)，用去離子水將乳液稀釋至重量百分比為0.05％，取15ml乳液放置于25ml燒杯中，隨后在其中加入0.15g硅酸鈉，并通過超聲震蕩，使各組分混合均勻。