[发明专利]使用喷墨打印方法制备复合带隙胶体光子晶体膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于胶体光子晶体膜的制备及应用技术领域，尤其涉及使用喷墨打印方法简单，快速，大面积制备复合带隙胶体光子晶体膜的方法。 

背景技术

胶体光子晶体材料以单分散乳胶粒规整排列所形成的周期结构对光的折射或衍射作用实现对光的特殊调控。根据周期排列的尺寸不同，所调控光的波长不同。相应所制备的胶体光子晶体膜的应用领域不同。在通常的专利文献中，胶体光子晶体膜主要应用在滤波器(如CN：01105105.1，CN：98110990.X)，光开关(CN：02160207.7)，光波导(CN：02804125.9，CN：99810798，CN：01132293.4，CN：02811132.X)，光纤(CN：00803964.X，CN：00803960.7，CN：03127694.6)等方面。 

自从1987年光子晶体概念提出后，光子晶体的制备就成为研究热点。目前关于光子晶体的制备方法主要有两种：一种是自上而下的微加工方法；另一种是由下而上的自组装方法，其包括真空条件下自组装、静电自组装、竖直沉积法和旋转涂层法等。二者相比较而言，前者复杂、成本高且亚微米尺度的难以实现；而后者则相对简单、廉价，但膜尺寸小，且很难避免缺陷，并且这两种方法也很难应用于实际中。 

本发明应用了专利申请号：CN：200510011219.2，CN：200510012021.6获得的单分散聚合物乳胶粒，进行大面积快速制备紫外光区域，可见光区域和红外光区域的胶体光子晶体膜，并将获得的膜应用在装饰涂料、预防紫外线的涂层、化妆品和增强光致发光器件的材料中，并在专利申请号CN：200710179880.3所公开的技术方案基础上，进一步提出打印方法制备复合带隙胶体光子晶体薄膜。所谓复合带隙是指打印的光子晶体薄膜同时具有两个或两个以上的光子带隙，即当使用两种粒径的乳液作为墨水时，打印得到双带隙光子晶体薄膜；当使用三种或三种以上粒径的乳液作为墨水时，打印得到多带隙光子晶体薄膜。 

发明内容

本发明的目的之一是提供一种简单，快速，大面积制备胶体光子晶体膜的使用喷墨打印方法制备复合带隙胶体光子晶体膜的方法。 

本发明的目的之二是提供一种借助打印机与计算机的结合，可以在计算机中设计图案，容易地通过打印机使打印出的光子晶体膜实现图案化的快速简单方法。 

本发明是将含有不同粒径的单分散乳胶粒的乳液作为喷墨打印墨水，借助喷墨打印方法，快速实现胶体光子晶体在基材的表面成膜。该制备胶体光子晶体膜的方法具有工艺简单，成本低廉，对设备无特殊要求等特点。 

本发明是借鉴专利申请号：CN：200510011219.2，CN：200510012021.6所提出的方法，采取批量法无皂乳液聚合，通过适当调整乳液聚合工艺，可以一步法制备得到含有硬核-软壳结构的单分散三嵌段聚合物乳胶粒的乳液，其硬核-软壳结构的单分散三嵌段聚合物乳胶粒的粒径范围为50～1500nm。所制备的胶体光子晶体膜的光子带隙分布在100～4000nm。 

本发明的单分散乳胶粒的粒径范围为50～1500nm；单分散乳胶粒包括单分散有机高分子乳胶粒或单分散无机氧化物乳胶粒。 

所述的单分散有机高分子乳胶粒是硬核-软壳结构的单分散三嵌段聚合物乳胶粒、单分散聚苯乙烯乳胶粒或单分散聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒。所述的单分散无机氧化物乳胶粒是单分散二氧化硅乳胶粒或单分散二氧化钛乳胶粒。 

本发明的光子带隙涉及紫外光区域，可见光区域或红外光区域的胶体光子晶体膜是由单分散乳胶粒堆砌而成的，乳胶粒粒径范围为50～1500nm。 

所述的胶体光子晶体膜的光子带隙分布在100～4000nm的紫外光区域，可见光区域或红外光区域，随着单分散乳胶粒的粒径从1500nm到50nm的减小，所得到的胶体光子晶体膜的光子带隙发生蓝移。 

本发明的使用喷墨打印方法制备光子带隙在紫外光区域，可见光区域或红外光区域的复合带隙胶体光子晶体膜的方法为： 

室温下，将两种或两种以上含有不同粒径的单分散乳胶粒的乳液分别装于喷墨打印机的不同的墨盒中，其中每一墨盒中的单分散乳胶粒的粒径相同，且每一墨盒中的单分散乳胶粒在乳液中的浓度均为0.5～30wt％，经喷墨打印机进行图案打印并干燥后，在基材表面上得到复合带隙胶体光子晶体膜。 

所述的单分散乳胶粒是单分散有机高分子乳胶粒或单分散无机氧化物乳胶粒。