[发明专利]一种蛋白石结构聚合物光子晶体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蛋白石结构聚合物光子晶体的制备方法，尤其涉及一种通过核壳结构聚合物微球溶剂挥发自组装制备蛋白石结构聚合物光子晶体的方法。

背景技术

1987年，Yab lonovit(Yablonovitch E.,Phys.Rev.Lett.,1987,58:2059-2062.)和John(John S.,Phys.Rev.Lett.,1987,58:2486-2489.)分别独立提出了光子晶体(Photonic Crystal)的概念。在此后的近30年里，由于光子晶体的势场中介电常数的差异足够大，在电介质交界面上发生布拉格衍射，导致能够使光传播和分散的光子带隙的出现，因此产生了许多新的物理现象，如超棱镜现象、负折射率介质效应等，从而引起了研究者们的极大关注，对光子晶体制备技术进行研究。并且光子晶体作为一类重要的先进光学材料，在光子晶体反射器件、光子晶体滤波器、发光二极管和光子晶体光纤等方面展现出了巨大的应用前景，成为构建光子器件的一种重要材料。

光子晶体的制备工艺主要有光刻蚀、电化学刻蚀、电子束和聚焦离子束刻蚀等复杂的半导体微加工技术，如Kral等(Z Kral.,Thin Solid Films,2008,516:8059～8063.)采用光刻结合电化学刻蚀微孔在硅片上制备了规整排列的二维孔结构。近年来，发展了许多制备光子晶体的新方法，如Liu等(W Y Liu.,Polymer,2009,50:2716～2726.)利用水蒸气在材料溶液表面凝结的雾滴为模板，通过全息图案法制备光子晶体；Li等(X Li.,Langmuir,2010,26:2930～2936.)以硅橡胶微图像为基片模板，采用自组装方法制备了PS和SiO₂微球的光子晶体阵列。自组装法由于工艺简单，范德华力、氢键、静电力和表面张力等作为其驱动力可以很好的实现光子晶体的有序排列。

在专利文献中王京霞等(CN200510011219.2)利用硬核-软壳的聚合物乳胶粒制备了全色胶体光子晶体膜，但是其聚合物乳胶粒采用三单体制备以及加料和升温程序控制复杂，而且在聚合体系中引入了乳化剂和pH缓冲剂，使得最后产物聚合物乳胶粒不纯净，在水分挥发过程中，其胶体晶体的的形成受到了各种杂质干扰，对晶体膜的大尺寸化受到限制，并且也由于产物的不纯净，使得其最终应用领域受限。

自组装法由于工艺简单，并且范德华力、氢键、静电力和表面张力等作为其驱动力可以很好的实现光子晶体的有序排列。因此本发明在自组装基础上，提供了一种更为行之有效的简易制备聚合物光子晶体的方法。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种简单的蛋白石结构聚合物光子晶体的制备方法。该制备方法由于采用单分散聚合物微球，其实施过程简单易行，只需在常温常压下即可实施，且所得聚合物光子晶体的结构为蛋白石结构，排列规整紧密，呈现不同颜色。

具体操作步骤如下：

（1）室温下，将单分散聚合物微球分散于水中，得到聚合物微球乳液，所述聚合物微球乳液浓度5～30wt%；

（2）常温常压下，将步骤（1）中所得聚合物微球乳液涂抹于平板基体上，伴随水溶剂的自然挥发，乳液中的单分散聚合物微球自组装，形成规整堆砌的蛋白石结构，水分完全挥发后即得颜色广泛可调的蛋白石结构聚合物光子晶体。

本发明的目的之二是提供一种单分散的核壳结构聚合物微球制备方法。尤其是采用无皂乳液一步法聚合得到核壳结构的聚合物微球，其操作过程简单易行，且产物聚合物微球不含诸如表面活性剂、稳定剂等杂质，产物纯净，并且粒径大小均一可控。使聚合物光子晶体的制备过程简单易操作，聚合物微球能够紧密堆砌、规整排列成蛋白石结构，可呈现不同颜色的光子晶体。由于所制备的聚合物微球及光子晶体纯净，扩展了其在涂料、染料或颜料、薄膜领域的应用。

具体合成步骤如下：

将亲水单体、疏水单体加入水溶剂中，聚合反应体系维持200～600rpm搅拌速度，使乳液混合均匀，通氮气，反应体系维持65～85℃，再加入引发剂溶液，继续通氮气反应10～26小时后，得到单分散的聚合物微球；微球粒径范围在100nm～2um；

所述亲水单体、疏水单体、水和引发剂溶液按质量百分比的含量为：亲水单体和疏水单体为1%～20%，引发剂为亲水单体和疏水单体总质量的0.1%～5%，其余为溶剂水；所述亲水单体与疏水单体的体积比为1/20～1/3；

所述的亲水单体指甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸羟乙酯、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺、丙烯酸其中一种；