[發明專利]一種基于高折射率微球Mie散射的結構色涂料

有效

• 申請號: 201910363788.5
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110079171B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 武素麗;吳越;常杰
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C09D129/04
• 分類號: C09D129/04;C09D7/61;C09D7/63;C09D1/04;C09D133/08
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 周媛媛;李馨

本發明公開了一種基于高折射率微球Mie散射的結構色涂料。一種基于高折射率微球Mie散射的結構色涂料，包括以下質量份的組分：1?4份的高折射率微納米級微球，15?20份分散液，0.1?3份表面活性劑，1?6份粘結劑。結構色涂料的顏色源自涂料內的粒徑均一的高折射率微球在基質上組裝的單層或多層的局部微觀有序、宏觀長程無序的結構，該顏色屬于結構色的一種，與高折射率微球的自身顏色無關。與其他結構色生色結構產生的顏色相比，顏色在自然光下可視，無需特殊光源照射或鏡面反射觀察，且顏色更加亮麗。此外，所述的結構色涂料通過改變所加入的高折射率微球的粒徑，可最終得到紫、藍、綠、黃、紅等多種顏色的無角度依存的結構色。

技術領域

本發明涉及一種基于高折射率微球Mie散射的結構色涂料，屬于結構色領域。

背景技術

在自然界中，顏色有兩種來源——色素生色和結構生色。與色素生色相比，結構生色具有高亮度，高飽和度，永不褪色等優點。結構生色源自可見光與物質的微納米結構的相互作用，例如散射，干涉或衍射等。目前，人工構筑結構色的研究中，主要通過光子晶體和非晶光子結構來實現。通過光子晶體結構實現結構色構筑是最常見的方式，可以產生亮麗的結構色(參見專利CN200710064245.0；X.Wang,Z.Wang,L.Bai,H.Wang,L.Kang,D.H.Werner,M.Xu,B.Li,J.Li and X.-F.Yu,Opt.Express,2018,26,27001-27013)然而所用的膠體微球通常是聚合物微球和SiO₂微球，根據Bragg公式，這些低折射率膠體微球構筑的結構色膜角度依存性強，不利于人類的視覺感受。而無角度依存的結構色可以通過具有特征尺寸為可見光波長量級的非晶光子結構實現，其微觀結構單元呈短程有序、長程無序排列(參見W.Yuan,N.Zhou,L.Shi and K.-Q.Zhang,ACS Applied MaterialsInterfaces,2015,7,14064-14071；Q.Li,Y.Zhang,L.Shi,H.Qiu,S.Zhang,N.Qi,J.Hu,W.Yuan,X.Zhang and K.-Q.Zhang,ACS Nano,2018,12,3095-3102)。由于結構的無序性，散射光會在整個空間向各個方向散開，短程有序性又會使散射光發生相干疊加，因此就會產生無角度依存的結構色。無角度依存的結構色更符合人類的視覺感受，但這種結構色膜通常具有色彩黯淡的弊端。

Mie散射是指直徑與輻射波長相當的各向同性均勻球形顆粒對入射光向空間任何方向發出的散射光。粒徑200nm，理論折射率1.7的高折射率微球理論上會對可見光產生Mie散射。但是單個微球的Mie散射很弱，觀察不到宏觀的顏色，本發明的涂料在基質上形成局部有序組裝的結構時，均勻微球Mie散射的相干疊加大大增強其Mie散射的強度，使其可以產生亮麗的結構色；同時由于本發明的涂料在基質上形成的膜為宏觀無序的結構，其Mie散射是朝空間各個方向散射的，因此產生的結構色全角度可視，具有無角度依存性。因此，基于高折射率微球Mie散射構筑短程有序長程無序的結構產生自然光下全角度可視的結構色對于生產生活具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于高折射率微球Mie散射的結構色涂料。

一種基于高折射率微球Mie散射的結構色涂料，其特征在于，包括以下質量份數的組分：1-20份的粒徑高度均一的理論折射率1.7的微球，75-90份分散液，0.1-5份表面活性劑，1-5份粘結劑。

所述的結構色涂料的顏色源自涂料組分中粒徑高度均一的高折射率微球(折射率1.7)在基質上組裝的單層或多層的局部微觀有序、宏觀長程無序的結構對光的Mie散射的耦合。所產生的顏色亮麗，屬于結構生色的一種，與涂料內高折射率微球的自身顏色無關。

通過改變所述結構色涂料內高折射率微球的粒徑，可得到紫、藍、綠、黃、紅等覆蓋全光譜范圍的亮麗的無角度依存的結構色。