[發(fā)明專利]一種大面積高亮度的光子晶體膜及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110603058.5
• 申請(qǐng)日: 2021-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN113292756A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張啟路;章浬謀;侯佳樂;邱浩泓;楊光澤;劉峰;劉捷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J5/18
• 分類號(hào): C08J5/18;C08L25/14;G02B6/122;G02B6/13
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發(fā)明提供一種大面積高亮度的光子晶體膜及其制備方法，一種大面積高亮度的光子晶體膜的制備方法，包括：步驟1，將單分散納米微球分散于溶劑中，得到納米微球乳液備用；步驟2，將基底水平置于樣品盒底部，將所述納米微球乳液灌入樣品盒中；步驟3，加熱使所述樣品盒中溶劑蒸干，得到大面積高亮度的光子晶體膜，加熱溫度能使納米微球在氣—液界面自組裝但低于納米微球的玻璃化溫度。制備的光子晶體膜不但面積大，且具有穩(wěn)定保持的結(jié)構(gòu)色。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光子晶體材料領(lǐng)域，具體為一種大面積高亮度的光子晶體膜及其制備方法。

背景技術(shù)

光子晶體是由不同介電常數(shù)的材料在空間進(jìn)行周期性排列從而形成的有序結(jié)構(gòu)。這種周期性的排列能使光子晶體形成光子禁帶，波長(zhǎng)落在禁帶中的光被禁止傳播并反射。當(dāng)光子晶體的禁帶處在可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)時(shí)，該波長(zhǎng)的光不能透過光子晶體，而是在光子晶體表面形成相干衍射，光子晶體就會(huì)顯示出此種波長(zhǎng)光的顏色。因其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，光子晶體被廣泛應(yīng)用于各種顯示防偽材料、光學(xué)器件和生物功能材料。

傳統(tǒng)意義上的光子晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常是納米微球的有序堆積。而自組裝法由于工藝簡(jiǎn)單，并且范德華力、氫鍵、靜電力和表面張力等作為其驅(qū)動(dòng)力可以很好的實(shí)現(xiàn)光子晶體的有序排列。大多數(shù)用自組裝法制備光子晶體膜的過程中都會(huì)受到“咖啡環(huán)”效應(yīng)的干擾，該效應(yīng)會(huì)使納米微球在基底上分布不均勻，從而降低所成光子晶體膜的圖案分辨率與顏色飽和度。目前基于自組裝有多種制備光子晶體膜的方法，如滴涂法、旋涂法和垂直沉積法，但滴涂法制備的光子晶體膜會(huì)因咖啡環(huán)效應(yīng)形成環(huán)狀沉積物導(dǎo)致中間出現(xiàn)缺陷；旋涂法制備的光子晶體膜形成的結(jié)構(gòu)色亮度低且不均勻；垂直沉積法制備的光子晶體膜厚度會(huì)自上而下地增加從而導(dǎo)致膜的不均勻；此外，各方法所制備的光子晶體膜的面積普遍在1～5cm²的范圍內(nèi)，面積較小。

氣—液界面自組裝方法由于其軟界面的特性，可以顯著減少組裝過程中的“咖啡環(huán)”效應(yīng)，因此逐漸被應(yīng)用于高質(zhì)量光子晶體的制備。但考慮到光子晶體膜在軟界面上的較大流動(dòng)性，從界面上直接取出光子晶體膜變得困難。張淑芳等利用聚合物微球在略高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下發(fā)生粘連的特性制得了能自支撐的水寫變色光子晶體膜，但由于納米微球的彼此粘連使得所構(gòu)成的三維有序光子晶體的折射率差為零，最終得到的是無色透明薄膜，無法滿足有結(jié)構(gòu)色始終保持要求的薄膜需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種大面積高亮度的光子晶體膜及其制備方法，制備的光子晶體膜不但面積大，且具有穩(wěn)定保持的結(jié)構(gòu)色。

一種大面積高亮度的光子晶體膜的制備方法，包括：

步驟1，將單分散納米微球分散于溶劑中，得到納米微球乳液備用；

步驟2，將基底水平置于樣品盒底部，將所述納米微球乳液灌入樣品盒中；

步驟3，加熱使所述樣品盒中溶劑蒸干，得到大面積高亮度的光子晶體膜，加熱溫度能使納米微球在氣—液界面自組裝但低于納米微球的玻璃化溫度。

優(yōu)選的，步驟1中，納米微球乳液的制備具體為：常溫常壓下，將單分散納米微球分散于溶劑中，得到納米微球乳液A；將所述納米微球乳液A先用超聲波處理再離心，取離心后的上層清液作為納米微球乳液備用。

優(yōu)選的，步驟1中，所述的納米微球?yàn)榫?苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)微球或二氧化硅微球。

進(jìn)一步的，步驟1中，納米微球?yàn)榫?苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)微球時(shí)，溶劑為水；納米微球?yàn)槎趸栉⑶驎r(shí)，溶劑為乙醇。

優(yōu)選的，納米微球的粒徑范圍在150nm～300nm。

優(yōu)選的，步驟2中，基底為玻璃基片，樣品盒為玻璃盒；玻璃基片和玻璃盒使用前進(jìn)行處理：洗滌、浸泡并用超聲波清洗；超聲波清洗后的玻璃基片浸泡在配置好的piranha溶液中加熱處理；