[發明專利]一種力學性能優良的光子晶體材料的制備方法

有效

• 申請號: 201910601383.0
• 申請日: 2019-07-03
• 公開（公告）號: CN110330608B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 項青;羅英武;高翔
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C08F293/00
• 分類號: C08F293/00;C08F220/06;C08F212/08;C08F220/14;C08F220/46;C08F212/32;C08F220/18;C30B29/58;C30B29/02;C30B29/16;C30B29/60;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種力學性能優良的光子晶體材料的制備方法，該方法采用乳液聚合體系，運用可逆加成斷裂鏈轉移自由基聚合技術制備一種嵌段共聚物納米粒子膠乳，結合后補加兩親性大分子可逆加成斷裂鏈轉移試劑技術，得到三層聚合物納米核殼粒子，除水干燥后得到微觀結構規整的聚合物光子晶體材料。本發明為聚合物光子晶體材料的制備提供了一種節能環保、工藝簡單的技術方案，且該方法制備得到的光子晶體材料具有不易開裂、自支撐、力學性能優良等優點，具有極大的應用前景。

技術領域

本發明涉及高分子材料技術領域，尤其涉及一種力學性能優良的光子晶體材料的制備方法。

背景技術

光子晶體是一類由不同折射率的介質在空間中周期性排列而形成的微納結構。它具有光子帶隙，處在光子禁帶頻率范圍內的光波在介質中的某些方向上是不能傳播的。因而利用這種光子禁帶特性，可將光子晶體材料應用于新型光學器件、防偽安全技術、響應性傳感器等領域。

傳統的聚合物光子晶體材料采用剛性大的納米粒子自組裝形成規整結構，這是由于剛性粒子在自組裝過程中不容易發生聚并粘連，能夠更好地形成規整結構。但是由于剛性粒子難以變形導致自組裝結束后粒子之間仍然存在間隙，空氣形成連續相，使得光子晶體材料容易開裂，無法承受拉伸、彎曲等操作，甚至難以自支撐。目前科學界為了改善光子晶體材料的力學性能，已經做出了許多嘗試，例如高溫燒結去除空隙、化學交聯加強粒子之間連結、引入氫鍵相互作用、采用核殼粒子等方式。然而這些嘗試都收效甚微，關于光子晶體材料宏觀力學性能的報道屈指可數。宏觀力學性能例如拉伸、彎曲性能在材料實際使用過程中至關重要，因此光子晶體材料力學性能差的缺陷極大地限制了其實際應用。

此外，光子晶體材料對結構規整度要求高，難以容忍結構缺陷的存在，因此光子晶體材料的制備過程較為繁瑣，難以大面積推廣。傳統光子晶體材料在制備過程中應當對基底材料進行預處理，如事先對玻璃片進行親水性處理等。同時光子晶體材料大多通過垂直沉降法利用毛細管作用力促進粒子有序排列或者旋涂、噴涂等方式制備得到。這些要求使得光子晶體材料在工業化生產過程中的成本急速上升。

本專利通過RAFT乳液聚合技術，設計合成了以嵌段共聚物膠乳作為基礎的一種新型聚合物納米核殼粒子作為光子晶體原料。這種新型聚合物納米核殼粒子具備三層結構，“外衣”是通過后補加兩親性大分子可逆加成斷裂鏈轉移試劑技術引入的羧基層，而粒子內部仍存在雙層結構結構，外殼是高模量的硬段材料，內核是低模量的軟段材料。含有羧基的“外衣”能夠減少粒子在干燥過程中發生聚并的可能性，同時為該光子晶體材料帶來響應性能；剛性殼層為嵌段共聚物中的硬段材料，能夠有效避免干燥過程中的聚并現象，有利于形成規整的光子晶體結構；柔性內核為嵌段共聚物中的軟段材料，能夠適當降低聚合物納米核殼粒子的整體模量，有利于形成不易開裂、自支撐、力學性能優良的光子晶體材料。同時這種新型聚合物納米核殼粒子的設計能夠成功實現柔性粒子自組裝形成規整結構，粒子模量越低則越有利于形成厚度更厚的不開裂的光子晶體材料。光子晶體材料厚度越厚，則基底材料的影響越小。因而本專利的制備方法無需對基底材料進行預處理，且制備過程技術簡單、綠色環保，具有極大的應用價值。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種力學性能優良的光子晶體材料的制備方法。本發明制備得到的光子晶體材料具備不易開裂、自支撐、力學性能優良等優勢。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種力學性能優良的光子晶體材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將1～10重量份的炭黑粒子與0～10重量份的水性表面活性劑加入到1000～10000重量份的水中，攪拌1～60分鐘，得到炭黑粒子水分散液；

(2)制備嵌段共聚物膠乳，包括以下子步驟：