[发明专利]喷墨打印方法制备图案化胶体光子晶体的方法

说明书

技术领域

本发明属于胶体光子晶体的制备及应用技术领域，尤其涉及通过喷墨打印方法制备高质量大面积图案化胶体光子晶体的方法。

背景技术

由于图案化光子晶体在光学器件、显示器和微流体等领域有着广泛的应用前景，图案化光子晶体的制备引起了研究者的极大兴趣。图案化光子晶体的制备一般通过用激光直写或模板组装的方法得到，激光直写需要特殊的高成本的直写装置，而模板组装的方法虽然简单，但所得到的图案受模板限制，且模板制备过程也很复杂。如果能通过喷墨打印方法直接制备图案化光子晶体应该是一种简单而容易操作的方法。喷墨打印作为有竞争力的图案制备方法在制备性能优异器件方面有着广泛的应用，例如：发光二极管和光检测器。然而，关于喷墨打印制备光子晶体的报道却很少。典型的报道是韩国科学家Moon等人利用单喷嘴打印机喷墨打印制备了胶体晶体以及不同尺寸乳胶球构成的胶体晶体微阵列，并研究了其形貌和光学性能。这种结合自组装和直接写技术的简单图案化光子晶体构筑方法被认为有希望用于下一代光子和显示器件。但是，Moon等人选用的是价格昂贵的单喷头打印机，且仅进行了单个液滴的研究，并没有制备图案化的光子晶体。而选用普通的打印机，制备图案化的光子晶体，对于发展大面积光子晶体的应用，尤其是图案化光子晶体的应用具有重要的意义。

在申请人以前的专利申请中(CN：200710179880.3，200810115540.9)，申请人实现了通过普通的市售喷墨打印机制备图案化的单带隙及复合单带隙的光子晶体。但所制备得到的膜的光学性能还较差，还不能完全满足真正应用的需求。在本发明中，申请人进一步对打印基材的浸润性进行了调控，对喷墨打印墨水组成进行了调控，最终实现了通过喷墨打印方法制备得到了高质量的图案化光子晶体。

本发明应用了专利号：ZL200510011219.2，ZL 200510012021.6获得的单分散聚合物乳胶粒，并结合专利申请号CN：200710179880.3及200810115540.9的方法，进一步通过对打印基材浸润性和单分散乳胶粒乳液墨水组成的有效调控，实现了单分散乳胶粒乳液液滴在基材表面的有效铺展及单分散乳胶粒的高度有序三维组装，最终实现通过喷墨打印方法制备紫外光区域、可见光区域的高质量的胶体光子晶体膜。

由本发明制备得到的图案化胶体光子晶体膜，具有良好的光学性能，可实现对光的调控作用，在光学器件，集成光路等领域有着广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种通过喷墨打印方法制备高质量大面积图案化胶体光子晶体的方法。

本发明的目的之二是提供一种借助喷墨打印机与计算机的结合，可以在计算机中设计图案，通过喷墨打印方法实现高质量图案化光子晶体的制备方法。

本发明的高质量图案化胶体光子晶体的制备，主要是基于对打印基材的浸润性的选择和对单分散乳胶粒乳液墨水组成的调控，在此基础上，将含有一定浓度和固定粒径的单分散乳胶粒乳液装入喷墨打印机的墨盒中，其中单分散乳胶粒可以是一种以上的乳胶粒，经过喷墨打印机打印，就可以形成周期性排列、图案与软件设计一致的胶体光子晶体；通过该方法可以实现单分散乳胶粒的高度有序组装，所得胶体光子晶体的光学性能很好，从而可以实现高质量大面积胶体光子晶体的快速制备。结合计算机对打印图案的设计，同时也可以实现高质量图案化胶体光子晶体的制备。

本发明制备的高质量图案化光子晶体对发展光子晶体的应用具有重要意义。

本发明的通过喷墨打印方法制备高质量图案化胶体光子晶体的方法为：

室温下，将一种以上的含有相同粒径的单分散乳胶粒乳液分别装于喷墨打印机的不同的墨盒中(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0.5～20wt％；经喷墨打印机在基材上进行图案化打印并干燥后，在基材表面上得到图案化的胶体光子晶体膜。

所述的图案化的胶体光子晶体膜具有计算机设计的图案。

本发明所采用的含有相同粒径的单分散乳胶粒乳液中的单分散乳胶粒的浓度为0.5～20wt％，低表面张力调节助剂为10～60wt％，余量为水。

所述的含有相同粒径的单分散乳胶粒乳液的表面张力为25～60mN/m，优选表面张力为40～55mN/m；乳液的表面张力的调控是通过乳液中的低表面张力调节助剂实现的；乳液的表面张力的调控可以调整所述乳液的液滴在基材表面的有效铺展。

所述的低表面张力调节助剂选自乙二醇、丙三醇，聚乙二醇等所组成的组中的至少一种。