[發(fā)明專利]一種具有光催化效應(yīng)的紫色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510604482.6
• 申請日: 2015-09-21
• 公開（公告）號(hào): CN105271797A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王芬;張欣;蓋言成;林營;王毅;朱建鋒;楊海波
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C03C17/22
• 分類號(hào): C03C17/22
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 王霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有光催化效應(yīng)的紫色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

光子晶體是電介質(zhì)折射率周期性變化導(dǎo)致光子帶隙結(jié)構(gòu)，從而由光子帶隙結(jié)構(gòu)控制著光在光子晶體中的運(yùn)動(dòng)。光子晶體是在高折射率材料的某些位置周期性的出現(xiàn)低折射率的材料。高低折射率的材料交替排列形成周期性結(jié)構(gòu)就可以產(chǎn)生光子晶體帶隙。從而產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)色。這是一種物理呈色，其具有顏色鮮艷、永不褪色、環(huán)境友好、制備周期短等優(yōu)點(diǎn)。其中通過膠體微球的有序自組裝法，就能夠形成蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體，具有光子帶隙特征，當(dāng)入射光頻率落在帶隙范圍內(nèi)時(shí)，該入射光將不能通過該光子晶體，這些不能繼續(xù)傳播的可見光會(huì)被光子晶體反射，最后在具有周期性結(jié)構(gòu)的光子晶體表面形成相干衍射，而產(chǎn)生絢麗多彩的結(jié)構(gòu)色。通過對自然界中和人工制備結(jié)構(gòu)色的研究，目前已在顯示、裝飾、防偽等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。如中國發(fā)明專利申請CN201310205537.7公開了一種紅色光子晶體結(jié)構(gòu)色釉的制備方法，主要是通過二氧化硅微球的自組裝技術(shù)在陶瓷坯體表面獲得的，該紅色光子晶體結(jié)構(gòu)色有較好的呈色效果。中國發(fā)明專利申請CN201010276061.2中公開了一種水熱法制備硫化鋅微球，并且公布該硫化鋅微球具有良好的紫外光響應(yīng)性。然而，目前對光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜的研究僅限于在不同顏色呈色效果的仿制和分析，主要的材料則是氧化硅，聚苯乙烯等材料，對多功能性的光子晶體結(jié)構(gòu)色材料，特別是對具有光催化性能的光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜研究甚少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種顏色鮮艷，永不褪色，并且具有光催化效應(yīng)的紫色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜及其制備方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明公開的一種具有光催化效應(yīng)的紫色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜的制備方法，包括以下步驟：

1)按5：(1～2)的摩爾比，稱取Zn(NO₃)₂·6H₂O與聚乙烯吡咯烷酮，混勻后，按Zn(NO₃)₂·6H₂O：去離子水＝(0.3～0.5)g：100mL的比例加入去離子水，充分?jǐn)嚢杈鶆颍玫骄鶆蛉芤海?/p>

2)按(0.2～0.4)g：50mL的用量比，將硫代乙酰胺加入去離子水中，超聲混合均勻，得到硫代乙酰胺水溶液；

3)將步驟1)和2)制得的兩個(gè)溶液，按(1～2)：1的體積比混合后，于80～95℃下，水浴攪拌反應(yīng)5～7h，得到含有硫化鋅微球的乳濁液，再經(jīng)水洗、醇洗及超聲分散處理，得到單分散硫化鋅微球的醇溶液；

4)將潔凈的載玻片垂直放置于步驟3)制得的單分散硫化鋅微球的醇溶液中，于40～60℃下，真空干燥處理至醇揮發(fā)完全后，在載玻片表面生成紫色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜，再在氮?dú)獗Ｗo(hù)下經(jīng)過300～500℃熱處理，制得具有光催化效應(yīng)的紫色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜。

步驟1)充分?jǐn)嚢杈鶆虿捎么帕嚢杵鲾嚢杼幚?0～35min。

步驟2)中超聲混合時(shí)間為10～20min。

步驟3)中水洗、醇洗是將含有硫化鋅微球的乳濁液依次用水和乙醇清洗三次。

步驟3)中超聲分散時(shí)間為10～20min。

步驟4)所述的潔凈的載玻片是將載玻片置于H₂SO₄與H₂O₂按體積比為7:3配制的水溶液中，浸泡30min，然后用蒸餾水洗凈，于60℃下烘干制得。

步驟4)中真空干燥處理時(shí)間為35～45h。

步驟4)中熱處理時(shí)間為1～3h。

本發(fā)明還公開了采用上述的方法制得的具有光催化效應(yīng)的紫色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明公開的具有光催化效應(yīng)的紫色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜的制備方法，首先采用均勻沉淀法，通過嚴(yán)格控制Zn(NO₃)₂·6H₂O與聚乙烯吡咯烷酮的反應(yīng)配比(5：1～2的摩爾比)，以及加入的去離子水的用量，制備得到含有硫化鋅微球的乳濁液，硫化鋅微球粒徑為210±10nm；然后采用垂直沉積法在玻璃基體表面自組裝成紫色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜。這種結(jié)構(gòu)色紫色薄膜顏色亮麗，不易褪色，解決了化學(xué)有機(jī)物顏料易褪色，對人體有害的缺點(diǎn)。而且實(shí)現(xiàn)了光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜對羅丹明B的光催化降解功能。本發(fā)明工藝過程簡單易行，能大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明