[發明專利]一種基于打印技術制備全內反射結構色圖案的方法及應用

有效

• 申請號: 202110018645.8
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112644193B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 李明珠;李凱旋;宋延林
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: B41M3/00
• 分類號: B41M3/00;B41M1/30;B41M1/34;B41M1/26;B29C64/106;B33Y10/00
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本發明涉及材料領域，公開了一種基于打印技術，使用高分子聚合物，制備全內反射結構色圖案的方法。本發明利用打印的方法把透明的高分子液體打印在疏水的透明基材上，制備了微尺度球冠點陣，球冠結構經過全內反射可以產生明亮的結構色。然后通過調控打印參數，可以實現每個球冠像素點顏色的精細調控和精準定位，從而獲得了全色系球冠結構色像素點的程序化集成與復雜結構色圖像的高精度制備。這種制備結構色的方法，簡單可控，成本低廉，可用于大規模生產。打印的結構色圖像在散射光作用下不會顯示顏色，在平行光的作用下，可以顯示出明亮的彩色，而且所制備的圖像具有很高的逼真度，在顯示、防偽、智能涂層等領域有著巨大的應用前景。

技術領域

本發明涉及材料領域，具體涉及一種利用打印技術制備全內反射結構色圖案的方法及應用。

背景技術

彩色圖像是我們日常生活中不可或缺的一部分，它給我們帶來了美的視覺享受和工作上的便利。一般來說，彩色圖像是利用印刷的方法將由染料或者色素配制成的墨水，印刷在承印基材上。但是人工染料或者色素的合成會造成大量的廢水污染，嚴重影響我們的生態環境。因此亟需其他環保的產色方法來替代化學色。

結構色是利用微米或者納米尺度的微結構(薄膜，光柵，光子晶體等)對自然光的調控作用，如干涉，衍射，散射等來產生顏色。由于結構色不依賴于色素染料等化學分子便可產生明亮的顏色，因此它具有環境友好，不易褪色等優勢，是一種非常有潛力代替化學染料的顯色方式。但是制備這些“生色”的微米或者納米結構，所需的加工工藝十分復雜，通常借助“自上而下”的刻蝕技術或者“自下而上”的膠體顆粒組裝方法。這些技術都存在一些難以克服的缺陷，如刻蝕工藝繁雜，成本昂貴，難以大面積普及使用；組裝方法需要提前合成粒徑均一的納米膠體顆粒，而且由于組裝過程的不穩定性，組裝缺陷無法避免等。這些缺點使結構色技術難以應用于制備高精度高質量的彩色圖像，從而限制了結構色在實際中的發展與應用。因此，發展簡單高效普適的方法，實現結構色的制備與高精度圖案化，是推動結構色發展的必由之路，在環境保護以及提高人民生活質量等方面意義深遠。

發明內容

本發明的目的是提供一種工藝簡單普適，成本低廉，適合大規模生產的高精度結構色彩色圖像的制備方法。

本發明是一種基于打印技術，使用單一的透明聚合物墨水，制備全內反射結構色圖案的方法。首先利用打印的方法將透明的聚合物墨水直接打印在疏水修飾的基材上，制備了在微米尺度上可發生全內反射的球冠陣列，打印的球冠陣列經過全內反射可以作為彩色像素點，產生明亮的結構色。然后利用計算機編程，每個球冠像素點的顏色可以被精細調控與精準定位，從而實現了在可見光范圍內全色系球冠結構色像素點的程序化集成與復雜結構色圖像的高精度制備。

根據本發明，所述的打印技術是指打印精度在500nm～100μm，不限于噴墨打印技術、直寫打印技術、3D打印技術或雙光子聚合技術。

根據本發明，所述的產生全內反射的方式為平行光從打印基材的背面(無打印的一面)進行照射。

為實現上述目的，本發明基于打印技術制備全內反射結構色圖案的方法，包括如下步驟：

1)制備透明疏水基材或對使用的透明基材進行整體疏水處理；

2)配制粘度，折射率均適于打印的單一的透明聚合物墨水；

3)利用計算機模擬軟件計算球冠像素點顏色與打印球冠形貌參數的對應關系；

4)使用計算機繪圖軟件設計打印圖像；

5)利用打印技術按照所設計的圖像將配制的聚合物墨水打印在疏水基材上，制備結構色圖像；

6)利用紫外光輻照或者加熱的方法使打印的結構色圖像固化；

7)在結構色圖像表面封裝一層透明聚合物，充當結構色圖像的保護層，即制得全內反射結構色圖案。