[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于3D液滴打印的具有結(jié)構(gòu)色的Janus液滴及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911423947.2
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111171341B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳東;胡靈杰;吳柏衡;孔琳琳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C08J3/075
• 分類(lèi)號(hào): C08J3/075;C08J3/09;C08J3/00;B29C64/112;B33Y80/00;C08L33/02
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于3D液滴打印的具有結(jié)構(gòu)色的Janus液滴及其制備方法。以具有剪切變稀性質(zhì)的水凝膠為基體，以高溫時(shí)互溶、低溫時(shí)相分離的兩種油相為分散相，通過(guò)3D打印機(jī)控制注射泵，在基體中注入高溫時(shí)的分散相，形成液滴，并通過(guò)降低溫度，誘導(dǎo)兩種油相相分離，形成Janus液滴。因兩種油相具有不同折射率，入射光可在界面間形成干涉，呈現(xiàn)出環(huán)狀的結(jié)構(gòu)色。Janus液滴的結(jié)構(gòu)色可以通過(guò)水凝膠中非離子型表面活性劑的類(lèi)型或比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，而其位置和尺寸可以通過(guò)3D打印精確控制，并生成由Janus液滴組成的彩色圖案，在功能顯示、傳感等領(lǐng)域，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及Janus液滴領(lǐng)域，具體涉及一種基于3D液滴打印機(jī)制備具有結(jié)構(gòu)色的Janus液滴。

背景技術(shù)

Janus液滴由具有不同化學(xué)或物理性質(zhì)的兩部分組成，尺寸一般為微米級(jí)或者納米級(jí)。Janus液滴的各向異性結(jié)構(gòu)不僅體現(xiàn)在化學(xué)組成或形貌結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱性，還表現(xiàn)在功能或性能方面的非對(duì)稱性。其典型的形貌有：球形、棒狀、啞鈴形、雪人狀等。由于其結(jié)構(gòu)上的不對(duì)稱性和組成上的多樣性，Janus液滴具有一些特殊的光學(xué)、電場(chǎng)響應(yīng)等性質(zhì)。例如，當(dāng)Janus液滴由兩種不同折射率的液體組成時(shí)，入射光可以在界面間形成干涉，產(chǎn)生絢麗的環(huán)狀圖案。因此，Janus液滴在光學(xué)、顯示、膠體化學(xué)、藥物控釋等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

目前制備Janus液滴的主要技術(shù)是微流控技術(shù)。通過(guò)微流控技術(shù)對(duì)液滴生成過(guò)程的精準(zhǔn)控制，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)Janus液滴的大小和比例的精準(zhǔn)控制。但是微流控技術(shù)缺乏對(duì)Janus液滴后續(xù)的調(diào)控。以上述具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)色的Janus液滴為例，微流控技術(shù)無(wú)法控制Janus液滴的取向和空間排布，極大地限制了其光學(xué)特性的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

本發(fā)明采用3D液滴打印技術(shù)，在水凝膠基體中直接注入高溫時(shí)互溶的分散相，形成液滴，并通過(guò)降低溫度，誘導(dǎo)兩種油相分離，形成具有結(jié)構(gòu)色的Janus液滴。所得Janus液滴的大小、比例、取向、位置及其結(jié)構(gòu)色顏色都可以精準(zhǔn)控制，并可生成各種由具有結(jié)構(gòu)色的Janus液滴組成的彩色圖案，在功能顯示、傳感等領(lǐng)域，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于3D液滴打印的具有結(jié)構(gòu)色的Janus液滴及其制備方法。該方法以具有剪切變稀性質(zhì)的水凝膠為基體，以高溫時(shí)互溶、低溫時(shí)相分離的兩種油為分散相，通過(guò)3D打印機(jī)控制注射泵，在基體中注入高溫時(shí)的分散相，形成液滴，并通過(guò)降低溫度，誘導(dǎo)兩種油相相分離，形成Janus液滴。因兩種油相具有不同折射率，入射光可在界面間形成干涉，呈現(xiàn)出環(huán)狀的結(jié)構(gòu)色。Janus液滴的結(jié)構(gòu)色可以通過(guò)水凝膠中非離子型表面活性劑的類(lèi)型或比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，而其位置和尺寸可以通過(guò)3D打印精確控制，并生成由Janus液滴組成的彩色圖案，在功能顯示、傳感等領(lǐng)域，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下解決方案：

本發(fā)明首先公開(kāi)了一種基于3D液滴打印的具有結(jié)構(gòu)色的Janus液滴的制備方法，包括以下步驟：

1)將具有剪切變稀性質(zhì)的高分子材料溶解于含非離子型表面活性劑的水中，得到水凝膠，將高溫時(shí)互溶、低溫時(shí)相分離的兩種油相，在高溫下混合，得到互溶的混合液。

2)以步驟1)所述的水凝膠為基體，放置在3D液滴打印機(jī)的升降平臺(tái)上，以步驟1)所述的混合液為分散相，通過(guò)3D打印機(jī)控制注射泵，在基體中注入高溫時(shí)互溶的分散相，形成液滴。

3)將打印完成后的水凝膠基體靜置在溫度為-10℃至-15℃的冰箱中冷卻2-5min，誘導(dǎo)兩種油相相分離，獲得所述具有結(jié)構(gòu)色的Janus液滴。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，兩種油具有不同的折射率且高溫時(shí)互溶、低溫時(shí)相分離。

優(yōu)選的，所述的兩種油相可以是正己烷和全氟己烷，互溶溫度為22.75℃

優(yōu)選的，所述正己烷和全氟己烷的體積比可以為1：1-1：5。