[发明专利]喷墨打印的光子晶体图案及其光子晶体图案的应用

说明书

技术领域

本发明涉及喷墨打印高质量的光子晶体图案，特别涉及利用低粘附的基材由喷墨打印技术而制备的高质量的光子晶体图案，以及所制备的高质量的图案化的光子晶体的在高性能显示等领域中的应用。

背景技术

光子晶体因其特殊的光调控性能在高质量光学器件、化学传感、高效催化、无标记检测等方面具有潜在应用。光子晶体的图案化的制备是实现其器件化应用的关键。目前光子晶体的图案化的制备主要包括光刻和模板组装两种方法，但光刻方法费时且成本高，模板组装法所得到的图案受模板限制；而喷墨打印方法可以将直写图案与乳胶粒组装有机结合在一起，为光子晶体图案的制备提供简单的方法。到目前为止，喷墨打印光子晶体图案的工作主要涉及通过调控基材的亲疏水性实现乳胶粒的有序组装（L.Y.Cui,Y.L.Song,J.Mater.Chem.2009,19,5499-5502；H.-Y.Ko,J.Park,H.Shin and J.Moon,Chem.Mater.2004,16,4212）。本案申请人已经通过调控基材浸润性实现了高质量的光子晶体图案的制备，通过普通的喷墨打印机实现了乳胶粒的有序组装，单带隙以及双带隙图案的有效制备（CN200810115540.9)。并且通过将响应性单体引入到含乳胶粒的体系中，可以通过喷墨打印一种粒径的乳胶粒，并经外界刺激响应后可得到多个颜色图案的制（201010578852.0)。在最近的研究中，本案申请人发现不仅基材的表观接触角会影响乳胶粒的组装性能，基材的粘附力也会影响乳胶粒的组装，尤其影响所组装光子晶体膜的光学性能。(Yu Huang,Jinming Zhou,Bin Su,Lei Shi,Jingxia Wang,Shuoran Chen,Libin Wang,Jian Zi,Yanlin Song,Lei Jiang,J.Am.Chem.Soc.,2012,134,17053-17058)。但基材的粘附力对喷墨打印光子晶体图案的影响未见报道。在本发明中，本案申请人展示了通过简单的选用低粘附的固体基材可以实现喷墨打印高质量的光子晶体图案。这种方法简单、成本低廉，所制备的光子晶体图案显示了非常高的光学性能及优秀的广角性，对于发展光子晶体在高性能光学器件中的应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供利用低粘附的固体基材由喷墨打印技术而制备得到的具有高质量及高光学性能和优秀广角性的光子晶体图案。

本发明的另一目的是提供一种简便、低成本、易规模化的利用喷墨打印技术制备光子晶体图案的方法，特别是利用喷墨打印设备在低粘附的固体基材的表面制备具有高质量及高光学性能和优秀广角性的光子晶体图案的方法。

本发明的另一目的是提供具有高质量及高光学性能和优秀广角性的光子晶体图案在分光计、光子晶体滤波片、反射光片及可调光子晶体激光器等领域中的应用。

本发明的喷墨打印的高质量的光子晶体图案是通过喷墨打印方法制备得到的由蛋白石结构的光子晶体构成的图案。

所述的蛋白石结构的光子晶体的光子带隙在200～2600nm之间。

所述的蛋白石结构的光子晶体是以单分散胶体微球为组成单元，且由单分散胶体微球周期性排列形成的单光子带隙、双光子带隙或多光子带隙的光子晶体。

所述的由单分散胶体微球周期性排列形成的单光子带隙、双光子带隙或多光子带隙的光子晶体所构成的光子带隙均在200～2600nm之间。

所述的单分散胶体微球的粒径是80～1100nm。

所述的单分散胶体微球是已知市售的单分散聚合物胶体微球或二氧化硅胶体微球。

所述的单分散聚合物胶体微球优选选自单分散聚苯乙烯胶体微球、聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球和聚（苯乙烯－甲基丙烯酸甲酯－丙烯酸）聚合物胶体微球中的一种。

本发明的喷墨打印的高质量的光子晶体图案的制备方法是将具有相同粒径的单分散胶体微球分散到水中制成含有相同粒径的单分散胶体微球的乳液，或者将两种或多种具有不同粒径的单分散胶体微球分别分散到水中，分别制成含有不同粒径的单分散胶体微球的乳液，通过喷墨打印设备（如喷墨打印机）将得到的含有相同粒径的单分散胶体微球的乳液，或者将两种或多种含有不同粒径的单分散胶体微球的乳液喷射到低粘附的固体基材的表面并干燥，在低粘附的固体基材的表面得到高质量的光子晶体图案，其中光子晶体的光子带隙在紫外光、可见光或红外光区域。所制备的由蛋白石结构的光子晶体构成的图案是根据计算机软件设计得到。