[发明专利]一种紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开的一种紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜及其制备方法，属于光子晶体结构色薄膜制备技术领域。本发明方法以粒径为200±5nm的有机微球聚苯乙烯(PS)为模板，在其表面首先修饰‑NH₂，然后利用改进的法在其表面包覆一层均匀的氧化硅层，最后通过自组装在玻璃基板表面形成蛋白石结构的光子晶体结构，再通过还原气氛保护下的煅烧将PS微球碳化，由于碳化的PS微球所生成的黑色物质存在于每个空心氧化硅壳层内部从而吸收大部分非相干散射光，获得一种具有高饱和度氧化硅空心球组装而成的紫色光子晶体结构色薄膜该方法过程简单，原料易得将在显示，印刷，涂料，化妆品，光子晶体等方面有广泛应用。

技术领域

本发明属于光子晶体结构色薄膜制备技术领域，具体涉及一种紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜及其制备方法。

背景技术

结构色是由物体的微观结构与可见光发生干涉、散射或者衍射等现象而显色的，这是一种物理呈色，其具有颜色鲜艳、永不褪色、环境友好、制备周期短等优点。其中通过胶体微球的有序自组装法，形成的高低折射率交替变化的蛋白石光子晶体，也具有光子带隙特征，当入射光频率落在带隙范围内时，该入射光将不能通过该光子晶体，这些不能继续传播的可见光会被光子晶体反射，最后在具有周期性结构的光子晶体表面形成相干衍射，而产生绚丽多彩的结构色。通过对自然界中和人工制备结构色的研究，目前已在显示、装饰、防伪等领域有很好的应用。近些年，空心球组装成的光子晶体受到研究者的广泛，如Deng在Synthesis of Monodisperse Polystyrene@Vinyl-SiO₂Core-Shell Particles andHollow SiO₂Spheres中提出来一种氧化硅空心球光子晶体结构色薄膜的制备方法，主要是通过PS@SiO₂核壳结构微球在基板上的自组装，然后在空气下吨少去除有机物核的技术在玻璃基板表面组装获得的，该光子晶体结构色有较好的结构。然而，氧化硅空心球组装的光子晶体由于壳层较薄，导致了有效折射率调制较小，从而空心氧化硅组装而成的光子晶体具有反射强度较小。这将会严重限制空心球光子晶体在结构色方面的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜及其制备方法，该方法简单易行，对环境无污染，制得的紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜颜色饱和度高、不易褪色。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将粒径为200±5nm的聚苯乙烯微球粉体超声分散于乙醇和去离子水的混合液中，然后加入氨水，充分混匀后向混合体系中加入硅源，搅拌反应后，离心取沉淀，沉淀经洗涤、干燥，制得PS@SiO₂核壳结构微球；

2)将PS@SiO₂核壳结构微球分散于无水乙醇中，制得含有SiO₂微球的乳浊液；

3)将玻璃基片垂直浸入含有SiO₂微球的乳浊液中，于40～50℃下干燥至含有SiO₂微球的乳浊液中的无水乙醇完全挥发后，在玻璃基片表面制得核壳结构光子晶体薄膜；

4)将核壳结构光子晶体薄膜在500～600℃还原气氛下煅烧1～4小时，制得高色彩饱和度紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜。

步骤1)中聚苯乙烯微球粉体、乙醇及去离子水的用量比为0.03g：(25～40)mL：(1～3)mL。

每30～45mL乙醇和去离子水的混合液中加入0.3～0.5mL质量分数为30％的氨水。

步骤1)所述硅源是向混合体系中加入正硅酸乙酯，加入量为每0.03g聚苯乙烯微球粉体加入150～200μL正硅酸乙酯。