[发明专利]一种电场调控下显色材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及胶体晶体被动显示材料的制备领域，尤其涉及一种电场调控下显色材料及其制备方法。

背景技术

随着光电子技术的发展，对信息显示的要求越来越高，据研究，人们经各种感觉器官从外界获得信息时视觉占60%以上，如今许多信息都是通过显示技术提供的，因此对显示技术和显示器件提出了越来越高的要求，显示器件作为人机交换的窗口，有多种显示种类，从光源角度可以分成主动式显示和被动式显示。被动显示因其强光下易于阅读，舒适性好（接近纸张），低能耗（保持图像不变时不耗能等性质受到了广泛关注，它的代表产品是Amazon Kindle，但是它的全彩显示性能差（亮度不够），响应速度慢，没有发展前景。目前研究主要集中在如何实现全彩色被动显示，如欲在2020年之前实现商品化的光子墨水技术是由多伦多大学分离出的公司Opalux开发的光子墨水技术采用精确间隔的纳米颗粒形成对色彩的干涉，单个像素可以产生任何颜色

自组装结构是产生特定光传输现象的根本原因。自然界中的胶体晶体有蛋白石和蓝闪蝶等，它们呈现五彩斑斓颜色的原理是Bragg干涉，所以通过调节晶体常数，衍射指数，晶体缺陷等可以改变呈现出的颜色，这些内在因素的改变又可以通过外部刺激来实现，如温度，化学环境，压力，磁场，电场等，鉴于我们的研究对象的应用领域是显示，所以通过电磁场调控是可行的方法。

如公开号为CN102304263A的专利文献公开了一种光子晶体纸，包括：基质，所述基质为聚丙烯酰胺凝胶；固化在所述基质中的光子晶体材料，所述光子晶体材料为超顺磁性的碳包覆的四氧化三铁胶态纳米粒子。该发明还提供了一种光子晶体纸的制备方法。该专利通过磁场调控磁性粒子自组装实现显色。

邢婷等（TiO₂/SiO₂复合颗粒的制备及其胶体晶体的组装，华东师范大学，2006届研究生硕士学位论文）公开了以单分散的二氧化硅颗粒为核，以乙醇为溶剂，通过前驱体钛酸四丁酯（TBOT）的水解制备包覆均匀的TiO₂/SiO₂复合颗粒，通过扫描电镜和微电泳仪等各种表征手段研究各种反应条件如TBOT的浓度、水的浓度、核的大小以及包覆次数对于包覆效果的影响；并公布了在上述制备的单分散TiO₂/SiO₂复合颗粒的基础上，利用重力沉降和垂直沉降法对复合颗粒进行自组装，得到三维胶体晶体。采用扫描电镜对胶体晶体的结构进行表征，并用可见分光光度计测定胶体晶体的光学性质。以单分散TiO₂/SiO₂复合颗粒分散于无水乙醇中，经自然蒸发后得到的胶体晶体的三维有序结构已经固定，与入射光发生干涉后只能形成与该结构相应的一种结构色，无法实现对显示颜色的调控。

发明内容

本发明提供了一种电场调控下显色材料及其制备方法，通过一步法制得氧化钛包覆的氧化硅胶态纳米粒子，再将其分散于介质中，制备方法简便、能耗低，制到的显色材料显示的颜色亮度高，在很小的电场作用下就具有明显的颜色变化，且响应速度快。

本发明公开了一种电场调控下显色材料，包括介质与均匀分散在所述介质中的胶体晶体材料，所述介质为碳酸丙烯酯或水；所述胶体晶体材料为氧化钛包覆的氧化硅胶态纳米粒子，记为SiO₂/TiO₂；所述胶体晶体材料与介质的体积比为（1～8）:（90～95）。

电场调控下显色材料以碳酸丙烯酯或水为介质，以氧化钛包覆的氧化硅胶态纳米粒子为胶体晶体材料，将所述胶体晶体材料均匀分散于所述介质中后，再注射入电池盒中。显色材料最初注射入电池盒中呈现白色，当对电池盒施加电压时，分散在介质中的胶体晶体粒子会在电场的作用下运动并形成一定结构，与入射光发生干涉后形成相应的结构色。保持电场不变，颜色就不会有明显的改变；当电场逐渐增大时，粒子之间的间距发生改变，从而显示出从浅到深的蓝色。

作为优选，所述氧化钛包覆的氧化硅纳米粒子SiO₂/TiO₂粒径为50nm～250nm，TiO₂壳层厚度为2nm～50nm；进一步优选，所述氧化钛壳层厚度为20nm～50nm。

作为优选，所述胶体颗粒为改性剂改性的氧化钛包覆的氧化硅纳米粒子SiO₂/TiO₂；所述改性剂为聚乙烯醇，羟丙甲纤维素等位阻型改性剂，因为这类改性剂可以增加粒子之间的位阻，使粒子之间的距离增大。