[发明专利]一种颜色可控的超结构色剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光子晶体制备技术领域，特别涉及一种颜色可控的超结构色剂的制备方法。

背景技术

一般我们看到的颜色主要有两大来源：色素生色和结构生色。色素色是色素分子通过选择性的吸收、反射和透射特定频率的光线从而展现不同的颜色。结构色的产生是由于超结构(即光子晶体)中光子禁带的存在。当带隙的范围落在可见光范围内，特定频率的可见光将不能透过该晶体。这些不能传播的光被超结构反射，在具有周期性的超结构表面形成相干衍射。这些很窄波段的光被眼睛所感知，就产生绚丽的结构色。

拥有结构色的超结构种类主要有蛋白石结构和反蛋白石结构。蛋白石结构的制备方法主要有电子微加工法、激光全息法和胶体自组装法等。物理制备方法一般较为复杂、费时、成本高，又需要多个步骤才能完成。相比之下，胶体自组装法是一种简单、快速和廉价的化学制备方法。然而，采用传统的胶体自组装法不可避免的会引入一些随机的缺陷，比如粒子的缺失、取向的不可控制和位错等，这些缺陷降低了超结构禁带的反射率，散射了其禁带以外的波长的光。通常，人工合成的超结构色剂呈现很微弱的彩虹色。如何实现超结构色剂的颜色调控成为人们关注的焦点。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种颜色可控的超结构色剂的制备方法，实现了超结构色剂的颜色可控。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种颜色可控的超结构色剂的制备方法，包括如下步骤：

1)采用微乳液法制备直径为350-770nm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体球，自组装得到密排面心立方的PMMA模版；

2)取3g醋酸锆，以超临界二氧化碳做前驱物醋酸锆的溶剂，在装有温度调节装置的不锈钢的高压反应器中通过喷嘴注入CO₂，调节压强和温度直到满足超临界CO₂的条件；另取3g所得PMMA模版放入布氏漏斗的滤纸上，将所述前驱物醋酸锆的混合液从上而下逐滴滴入模版中，除去过量的前驱物混合液；

3)将过滤后的PMMA模版在室温下干燥24-36h，放入刚玉坩埚，随后放入石英管式炉中，在氧化性气氛下700-750℃焙烧2h，控制升温速率为2-4℃/min，除去PMMA模版，得到氧化锆超结构色剂；

4)向所得氧化锆超结构色剂样品中渗入0.3g的0.1-10wt％浓度的蔗糖水溶液，放入烘箱在100℃干燥30-60min，随后，在还原性气氛下500-700℃焙烧2h，控制氮气流入量为0.6L/min，并保持10-15℃/min的升温速率，之后快速冷却至室温。

当所述PMMA胶体球直径为410±10nm，渗入蔗糖水溶液浓度为0.1wt％，得到.浅紫色。

当所述PMMA胶体球直径为410±10nm，渗入蔗糖水溶液浓度为1wt％，得到明亮紫色。.

当所述PMMA胶体球直径为410±10nm，渗入蔗糖水溶液浓度为5wt％，得到浅蓝色。

当所述PMMA胶体球直径为410±10nm，渗入蔗糖水溶液浓度为10wt％，得到深蓝色。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明选用在可见光范围内不吸收光的氧化锆作为目标材料，通过原位合成碳掺杂氧化锆超结构色剂的方法提高颜色的饱和度，使其呈色明亮，得到绚丽的超结构色剂。

2)本发明获得的超结构色剂的颜色及其饱和度通过PMMA胶体球的大小、入射光的角度以及该超结构色剂中原位碳掺杂量来调控，实现了对该超结构色剂颜色的可控。

3)本发明所得的氧化锆超结构色剂具有无毒、高饱和度、高亮度、永不退色的特点，是一种环境友好材料。

附图说明

图1是本发明实施例4所得的氧化锆超结构色剂的呈色情况。

图2是本发明四个实施例所得的氧化锆超结构色剂的紫外-可见光谱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

实施例1

一种颜色可控的超结构色剂的制备方法，包括如下步骤：

1)采用微乳液法制备直径为410±10nm,的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体球，自组装得到密排面心立方的PMMA模版；