[發明專利]柔性光子晶體紅外隱身材料的制備

在審

• 申請號: 201610007338.9
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105585664A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 張連超;邱麗莉;孟子暉;蘆薇
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C08F222/14
• 分類號: C08F222/14;C08F220/06;C08F2/48;C08J3/24;C08L1/02;G02B1/00
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技術領域

發明了一種能夠實現紅外波段隱身、具有柔性的光子晶體材料，在紅外波段具有高反射率的光子晶體陣列以纖維素、凝膠、膠帶等手段實現柔性或可延展性，從而在實現光子晶體光學隱身性能的同時，賦予材料靈活便捷的使用方式，解決了光子晶體材料用于紅外隱身領域的實用化難題。

背景技術

光子晶體(photoniccrystal)是超材料(metamaterial)的一種，它是指介電常數(或折射率)在空間呈周期性分布而具有光子禁帶的特殊材料。在光子禁帶中，光子態密度消失，導致電磁波無法傳播。光子晶體能夠在禁帶內實現對入射電磁波的高反射，改變內部光源的紅外發射特性，進而抑制相應波段的紅外輻射能量，使紅外探測裝置探測不到。光子晶體能夠改變目標的紅外輻射特性，通過合理的設計，使目標的紅外輻射特征與背景相近，從而實現紅外波段隱身。

自從YablonovitchandJohn提出光子晶體和光子局域的概念以來，研究人員在研發輻射特性可控的光子晶體材料上投入了大量的工作，所取得的研究進展都可以直接或間接地應用于紅外隱身中。但由于用于紅外隱身領域的光子晶體材料在應用中存在一些問題，尤其是利用膠體自組裝制備的光子晶體材料，其機械強度差、不可彎折等缺陷限制了光子晶體紅外隱身材料的實用化進程。

本發明將光子晶體紅外隱身材料通過纖維素、凝膠、膠帶等化學或物理框架固定起來，在不改變其紅外隱身性能的同時，解決了光子晶體紅外隱身材料使用不便的問題。

發明內容

本發明的目的是制備一種具有柔性甚至可延展性的光子晶體紅外隱身材料，以解決光子晶體用于紅外隱身領域的實用化難題。

技術方案如下：

將制備的微米級單分散二氧化硅微球，在合適的濃度、一定的溫度濕度下對流自組裝在玻片或硅片上，從而得到具有紅外波段禁帶的三維光子晶體陣列。

以該光子晶體陣列作為模板，將合適濃度的纖維素溶液或凝膠預聚液滴加在光子晶體模片邊緣，通過溶液的虹吸擴散作用使溶液布滿整個光子晶體模片，然后將膜片置于生物培養箱中一定溫度固化或熱聚合一定時間。將此光子晶體凝膠(纖維素)膜從玻片上取下，就得到了具有柔性和延展性的光子晶體材料。

如果采取物理手段，比如膠帶固定來實現其柔性，則需要對光子晶體膜進行必要的前處理。本發明將光子晶體材料在900℃熱處理10h，通過熱處理賦予材料高的機械強度之后，采用膠帶將膠體陣列從玻璃基片上粘下來，得到了具有柔性和延展性的光子晶體材料。

附圖說明

圖1為不同放大倍數下的1.5μmSiO₂光子晶體的電鏡圖。

圖2為1.5μmSiO₂光子晶體柔性膜的紅外透射譜圖。由圖可知，該光子晶體柔性膜在2.8～3.5μm處透射率為0，說明其在此紅外波段具有光子禁帶。

具體實施辦法

實例1將0.5μm單分散SiO₂微球，分散在乙醇中，控制SiO₂微球的濃度為1mg/ml，在常溫下通過垂直沉積法組裝2天，得到SiO₂光子晶體膜。取0.5mL甲基丙烯酸，50μL二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)與1mL甲醇混勻，加入10mg偶氮二異庚腈(ADVN)作為光引發劑，超聲10min并通氮氣5min。將制備好的二氧化硅光子晶體模板與有機玻璃板一起夾緊，浸入上述預聚液中，預聚液通過毛細作用吸入膠體晶體模板直到模板變透明，然后將其置于紫外培養箱中4℃聚合2h，即可得到柔性光子晶體凝膠材料。

實例2將1.5μm單分散SiO₂微球，分散在乙醇中，控制SiO₂微球的濃度為1mg/ml，在60℃、相對濕度50％下通過垂直沉積法組裝6h，得到SiO₂光子晶體膜。將SiO₂光子晶體膜上方蓋一玻片，將合適濃度的纖維素溶液滴加在光子晶體膜邊緣，通過溶液的虹吸擴散作用使溶液布滿整個光子晶體模片，然后將蓋玻片去除，將灌有纖維素溶液的光子晶體膜置于生物培養箱中60℃固化1.5小時。將光子晶體纖維素膜小心的從玻片上取下來，就得到了具有柔性的光子晶體材料。