[发明专利]利用喷墨打印技术制备具有响应性及图案化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，尤其涉及利用喷墨打印技术简单快速制备具有响应性及图案化胶体光子晶体膜的方法，及所制备的膜和膜的潜在应用。

背景技术

光子晶体的概念自1987年被提出以来，经过二十多年的发展，已经成为当今物理学、光电子学、材料学、化学、纳米技术等领域共同关注的研究热点。基于已知光子晶体的各种特殊性质，其应用领域涵盖了光、电、催化、传感、显示、检测等众多领域。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。响应性光子晶体在许多重要领域有着广阔的应用前景，如仿生材料、生物分离、临床诊断、药物释放体系、化学机械体系和化学阀门、环境检测以及作为各种物理、化学传感器等。

图案化光子晶体膜的制备是实现上述特定应用的关键。目前关于图案化光子晶体制备的方法主要包括自上而下的光刻技术和自下而上的图案化模板辅助的自组装法。其中自上而下的光刻技术主要适用于长波段的图案化光子晶体的制备，难以获得亚微米尺度的图案；其制备过程费时、复杂、成本高。而自下而上的自组装法相对简单、廉价；但所制备膜的尺寸小，很难避免缺陷，样品图案种类少，真实度差。因此，发展一种简单、低成本的图案化光子晶体的制备技术尤为重要。喷墨打印技术因其直接书写、精确沉积及简单快速等优点广泛应用于有机晶体管、发光显示器、功能陶瓷、可控释放器件等图案化的制备。近年来韩国Moon课题组(J.Park and J.Moon，Langmuir 2006，22，3506-3513)和本案发明人课题组(CN：200710179880.3，CN：200810115540.9)通过喷墨打印制备了图案化光子晶体膜，为发展光子晶体的广泛应用提供了新思路。目前已经实现了通过喷墨打印制备单带隙及复合带隙的具有亮丽结构色的图案化光子晶体膜，所打印的图案可以借助计算机软件灵活设计。然而喷墨打印制备响应性的图案化光子晶体膜尚无报道，响应性图案化光子晶体的简单快速制备可以极大拓宽光子晶体在智能显色等领域的应用。

本发明采用响应性单分散乳胶粒的乳液或单分散乳胶粒、响应性的功能单体、交联剂、引发剂和水组成的混合液为墨水，通过喷墨打印将其中的单分散乳胶粒组装成图案化光子晶体膜或图案化光子晶体复合膜。响应性的光子晶体在外界刺激作用下会发生晶格常数的变化，导致所制备膜图案的色彩发生响应性变化。这种图案化光子晶体膜既可以提供人的裸眼可以分辨的颜色变化，又可以实现外界环境变化引起的智能显示，特别是由于多响应的图案复合，使其在传感、检测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利用喷墨打印技术简单、快速制备具有外界环境响应性及图案化胶体光子晶体膜的方法。

本发明的目的之二是提供一种由喷墨打印技术制备得到的具有外界环境响应性及图案化胶体光子晶体膜。

本发明的目的之三是提供由喷墨打印技术制备得到的具有外界环境响应性及图案化胶体光子晶体膜在温度、湿度、pH变化下的单重或多重响应监测方面的应用。

本发明所述的具有响应性的图案化光子晶体膜是借助喷墨打印机与计算机的结合，利用计算机软件设计图案，通过喷墨打印机打印响应性的单分散乳胶粒进行组装或者通过喷墨打印机打印单分散乳胶粒与响应性功能体系共组装获得的。上述的制备方法具有工艺简单，成本低廉，对设备无特殊要求等特点。

本发明的利用喷墨打印技术制备具有响应性及图案化胶体光子晶体膜的方法一为：

将含有相同响应性的单分散乳胶粒的乳液装于喷墨打印机的不同墨盒中；或将含有不相同响应性的单分散乳胶粒的乳液分别装于喷墨打印机的不同墨盒中，且每一墨盒中装载的是含有相同响应性的单分散乳胶粒的乳液；

然后经喷墨打印机对基材表面进行图案(通过计算机软件的图案设计)打印并干燥后，在基材表面上得到由响应性的单分散乳胶粒堆砌的具有响应性及图案化胶体光子晶体膜。

所述的具有响应性及图案化胶体光子晶体膜的响应类型为：对温度响应、对湿度响应和/或对pH响应。

所述的对温度响应的响应范围为：10～40℃。

所述的对湿度响应的响应范围为：20～100％。

所述的对pH响应的响应范围为：3～13。