[发明专利]一种呈色具有低角度依赖性的无裂缝光子晶体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种呈色具有低角度依赖性的无裂缝光子晶体及其制备方法。该方法通过无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯乳液，离心、干燥、研磨，得到聚苯乙烯微球粉末；再利用多巴胺盐酸盐在弱碱性环境下的氧化自聚反应在聚苯乙烯微球表面包覆一层聚多巴胺壳层，得到聚苯乙烯@聚多巴胺微球粉末；最后通过聚苯乙烯@聚多巴胺核壳结构微球与3‑氨丙基三乙氧基硅烷的共同自组装，得到呈色具有低角度依赖性的无裂缝光子晶体。本发明制备方法过程简单易行，环保安全无毒，制备的光子晶体薄膜同时具有无裂缝、低角度依存的特点，在颜色显示领域，包括涂料、化妆品、纺织及陶瓷等方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光子晶体结构色制备技术领域，具体涉及一种呈色具有低角度依赖性的无裂缝光子晶体及其制备方法。

背景技术

受自然界中生物结构色的启发，光子晶体结构所拥有的对光的特殊调控能力引起了研究者们的广泛关注。近年来人工制备光子晶体的方法由最初的“自上而下”法，即机械钻孔法、光刻法、离子束刻蚀法等半导体加工技术，发展成为以基本单元进行自组装为主的“自下而上”法，如垂直沉积、重力沉降、旋涂法、喷涂法以及滴涂法等方法。但是，在胶体粒子的自组装过程中，受基底的粘附力以及溶剂蒸发所产生的拉应力的影响，所制备的光子晶体薄膜往往容易开裂，严重影响了光子晶体在颜色显示、光学器件等领域的实际应用。

为了制备出无裂缝的光子晶体，现有方法主要分为两种：（1）往自组装的胶体粒子中添加其它物质，如单体、聚合物、溶胶-凝胶前驱体等，从而加强胶体粒子之间的结合力；（2）在低表面能或者图案化的基底上进行自组装，以此来消除自组装过程中所产生的粘附力及拉应力。例如，中国科学院化学研究所的宋延林课题组通过往聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）胶体微球中添加异丙基丙烯酰胺单体，两者进行共同自组装后，得到大面积的无裂缝光子晶体（Zhou J, Wang J, Huang Y, et al. Large-area crack-freesingle-crystal photonic crystals via combined effects of polymerization-assisted assembly and flexible substrate[J]. NPG Asia Materials, 2012, 4(8):e21）；韩国公州大学的Kuk Young Cho课题组以含有不同图案的聚二甲基硅氧烷弹性体为基底进行垂直提拉自组装，最后得到了无裂缝光子晶体（Kim M R, Im S H, Kim Y-S, etal. Transferable Crack-Free Colloidal Crystals on an Elastomeric Matrix withSurface Relief[J]. Advanced Functional Materials, 2013, 23(46): 5700-5705.）。尽管采取上述两种方法能够自组装得到无裂缝的光子晶体，但是通过添加额外的物质所制备的无裂缝光子晶体其光学性能容易受到影响，主要原因是额外的添加物会降低光子晶体的有效折射率，从而使其颜色变得暗淡，甚至毫无色彩；而特殊的基底成本较为高昂，不易于进行大规模的生产。更重要的是，此前研究中所制备出来的无裂缝光子晶体均为面心立方堆积结构，所呈现出来的结构色将会随着观测角度的变化而发生改变，在颜色显示应用方面有一定的限制，因此对于拥有无角度依赖性的无裂缝光子晶体的探寻变得愈发重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种呈色具有低角度依赖性的无裂缝光子晶体。

本发明目的还在于提供所述的一种呈色具有低角度依赖性的无裂缝光子晶体的制备方法。该呈色具有低角度依赖性的无裂缝光子晶体，由聚多巴胺包覆的聚苯乙烯微球与3-氨丙基三乙氧基硅烷进行共同加热自组装而制得，制备方法简便。

本发明目的通过如下技术方案实现。

一种呈色具有低角度依赖性的无裂缝光子晶体的制备方法，包括如下步骤：

（1）采用无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯乳液，离心、干燥、研磨，得到聚苯乙烯微球粉末；