[发明专利]一种制备大面积不开裂胶体光子晶体膜的方法

说明书

本发明公开了一种制备大面积不开裂胶体光子晶体膜的方法，具体步骤如下：将水性聚氨酯乳液分散到胶体粒子溶液中；然后以配制成的均相溶液为涂膜液，用丝棒在亲水基底上刮涂出大面积胶体光子晶体膜；再在胶体光子晶体膜的表面旋涂一层量子点。利用胶体光子晶体在可见光区域的共振效应可以显著增强量子点的荧光信号。本发明克服了传统胶体光子晶体膜易开裂的缺点，具有操作简单，条件温和，易于大面积施工等优点，所制备的胶体光子晶体和量子点复合膜具有很高的荧光强度和荧光稳定性，可以为快速制备高功率QD‑LED器件提供思路。

技术领域

本发明涉及一种制备大面积不开裂胶体光子晶体膜的方法，更具体地说涉及利用聚氨酯中氢键增强胶体微球间结合力，实现光子晶体大面积成膜而不产生裂纹，并进一步用于增强量子点的荧光强度的方法。

背景技术

胶体光子晶体是一种由单分散有机或无机胶体粒子，通过自下而上法制备的新型功能材料。由于其在空间上长程有序的周期性排列，具有光子禁带的特征，因而被广泛应用于显示、化学传感及荧光增强等领域。目前，如何解决大面积成膜而不开裂的问题成为光子晶体研究的热点。至今为止，已报道的光子晶体成膜的方法有：垂直沉积法、外场力诱导组装法、模板组装法等，然而这些方法存在步骤繁琐、耗费昂贵等问题，大大限制了胶体光子晶体的实际应用。而且在成膜过程中，溶剂挥发时，胶体微球之间的毛细管力会产生横向压应力，当此横向压应力超过临界值，最终形成的光子晶体膜会出现裂纹，裂纹的产生严重限制了胶体光子晶体膜的大面积制备。因此，如何利用简单有效、低成本的方法解决成膜过程中的开裂问题对快速大面制备高性能光子晶体膜显得尤为重要。

近年来，尽管LED器件经历了充足的发展，但是，较低的光提取效率严重限制LED光源输出功率。因此研发高功率的LED器件成为拓宽LED应用领域的关键。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服光子晶体成膜步骤复杂，容易开裂，难以大面积施工等缺点，从而提供一种制备大面积不开裂胶体光子晶体膜的方法。此方法条件温和，步骤简单，重复性好，所制备的胶体光子晶体膜具有大面积、不开裂、光学性质优异的特点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是在胶体微球乳液体系中引入含有氢键网络的聚氨酯乳液，通过微球和聚氨酯网络的氢键作用以增强微球间结合力，从而实现大面积成膜而不开裂。本发明利用高光学质量的光子晶体膜极强的布拉格衍射作用，使得光子以减弱的群速度在光子晶体中传播，达到光增益的效果，即达到荧光增强的效果。

本发明的具体技术方案为：一种制备胶体光子晶体和量子点复合膜的方法，其具体步骤如下：将水性聚氨酯分散到胶体粒子溶液中；然后以配制成的均相溶液为涂膜液，用丝棒在亲水基底上刮涂出大面积胶体光子晶体膜；最后在胶体光子晶体膜的表面用旋涂仪旋涂出一层量子点。

优选上述的涂膜液是胶体粒子和聚氨酯的混合水溶液；其中涂膜液中胶体粒子的质量浓度为25％-35％，聚氨酯的质量浓度为1％-5％。

优选上述的胶体粒子是表面羧基改性的单分散聚苯乙烯胶体微球；表面羧基改性的单分散聚苯乙烯微球的粒径范围180nm-300nm，单分散系数为1％-5％。

优选所刮涂出的胶体光子晶体膜的禁带位置位于510nm-620nm。

优选旋涂仪旋涂所用的溶液为CdTe量子点和PVA的混合水溶液，其中CdTe量子点在混合水溶液中的质量分数为0.1％-1％，PVA在混合水溶液中的质量分数为0.5％-2％。

优选CdTe量子点的发射峰在510nm-620nm之间。优选旋涂仪的旋涂速度为1000rpm-2500rpm，时间为30s-60s。

优选上述的亲水基底为玻璃、硅片或塑料中的一种。优选所述的亲水基底的接触角为10°-25°。

有益效果：