[發明專利]一種紫色空心氧化硅光子晶體結構色薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201510874389.7
• 申請日: 2015-12-02
• 公開（公告）號: CN105439462B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 王芬;張欣;蓋言成;林營;王毅;朱建鋒;楊海波
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C03C17/23
• 分類號: C03C17/23
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王霞

本發明公開的一種紫色空心氧化硅光子晶體結構色薄膜及其制備方法，屬于光子晶體結構色薄膜制備技術領域。本發明方法以粒徑為200±5nm的有機微球聚苯乙烯(PS)為模板，在其表面首先修飾?NH₂，然后利用改進的法在其表面包覆一層均勻的氧化硅層，最后通過自組裝在玻璃基板表面形成蛋白石結構的光子晶體結構，再通過還原氣氛保護下的煅燒將PS微球碳化，由于碳化的PS微球所生成的黑色物質存在于每個空心氧化硅殼層內部從而吸收大部分非相干散射光，獲得一種具有高飽和度氧化硅空心球組裝而成的紫色光子晶體結構色薄膜該方法過程簡單，原料易得將在顯示，印刷，涂料，化妝品，光子晶體等方面有廣泛應用。

技術領域

本發明屬于光子晶體結構色薄膜制備技術領域，具體涉及一種紫色空心氧化硅光子晶體結構色薄膜及其制備方法。

背景技術

結構色是由物體的微觀結構與可見光發生干涉、散射或者衍射等現象而顯色的，這是一種物理呈色，其具有顏色鮮艷、永不褪色、環境友好、制備周期短等優點。其中通過膠體微球的有序自組裝法，形成的高低折射率交替變化的蛋白石光子晶體，也具有光子帶隙特征，當入射光頻率落在帶隙范圍內時，該入射光將不能通過該光子晶體，這些不能繼續傳播的可見光會被光子晶體反射，最后在具有周期性結構的光子晶體表面形成相干衍射，而產生絢麗多彩的結構色。通過對自然界中和人工制備結構色的研究，目前已在顯示、裝飾、防偽等領域有很好的應用。近些年，空心球組裝成的光子晶體受到研究者的廣泛，如Deng在Synthesis of Monodisperse Polystyrene@Vinyl-SiO₂Core-Shell Particles andHollow SiO₂Spheres中提出來一種氧化硅空心球光子晶體結構色薄膜的制備方法，主要是通過PS@SiO₂核殼結構微球在基板上的自組裝，然后在空氣下噸少去除有機物核的技術在玻璃基板表面組裝獲得的，該光子晶體結構色有較好的結構。然而，氧化硅空心球組裝的光子晶體由于殼層較薄，導致了有效折射率調制較小，從而空心氧化硅組裝而成的光子晶體具有反射強度較小。這將會嚴重限制空心球光子晶體在結構色方面的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種紫色空心氧化硅光子晶體結構色薄膜及其制備方法，該方法簡單易行，對環境無污染，制得的紫色空心氧化硅光子晶體結構色薄膜顏色飽和度高、不易褪色。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種紫色空心氧化硅光子晶體結構色薄膜的制備方法，包括以下步驟：

1)將粒徑為200±5nm的聚苯乙烯微球粉體超聲分散于乙醇和去離子水的混合液中，然后加入氨水，充分混勻后向混合體系中加入硅源，攪拌反應后，離心取沉淀，沉淀經洗滌、干燥，制得PS@SiO₂核殼結構微球；

2)將PS@SiO₂核殼結構微球分散于無水乙醇中，制得含有SiO₂微球的乳濁液；

3)將玻璃基片垂直浸入含有SiO₂微球的乳濁液中，于40～50℃下干燥至含有SiO₂微球的乳濁液中的無水乙醇完全揮發后，在玻璃基片表面制得核殼結構光子晶體薄膜；

4)將核殼結構光子晶體薄膜在500～600℃還原氣氛下煅燒1～4小時，制得高色彩飽和度紫色空心氧化硅光子晶體結構色薄膜。

步驟1)中聚苯乙烯微球粉體、乙醇及去離子水的用量比為0.03g：(25～40)mL：(1～3)mL。

每30～45mL乙醇和去離子水的混合液中加入0.3～0.5mL質量分數為30％的氨水。

步驟1)所述硅源是向混合體系中加入正硅酸乙酯，加入量為每0.03g聚苯乙烯微球粉體加入150～200μL正硅酸乙酯。