[发明专利]颜色叠加的非晶结构色涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及结构色涂层制备技术领域，尤其涉及一种颜色叠加的非晶结构色涂层的制备方法。

背景技术

结构色是一种物理生色现象，它由光与微观结构发生一系列的干涉、衍射、散射等作用而形成。结构色具有显色稳定，永不褪色的特点，不仅如此，它避免了化学染色带来的环境污染，在纤维、化妆品、显示材料及传感器等领域具有广阔的应用前景。

结构色主要分为光子晶体和非晶光子晶体两大类。光子晶体是由不同折射率的介质周期性排列而成的微结构，颜色高度可控，但是具有较大的角度依赖性，也即是由于周期性的有序结构对不同波长的光的反射或散射作用至不同的方向，从而会在不同的角度观察到不同的颜色，这对于显色、传感等领域的应用是非常不利的。而非晶光子晶体是一种具有短程有序而长程无序的结构，具有明显的非虹彩效应，在纺织等领域具有更广泛的应用潜力。

目前常用的制备光子晶体和非晶光子晶体的方法是胶体自组装，其简便高效、使用广泛。单分散二氧化硅(SiO₂)和聚苯乙烯(PS)微球是最常用的制备结构色非晶光子晶体的材料。对于光子晶体和非晶光子晶体而言，使用一种尺寸的纳米微球只能形成一种颜色，而想要产生更多的颜色必须要对应尺寸的微球，这就需要更多的材料才能获得更多的颜色。

利用有限的材料，从组装方法入手用两种或多种尺寸的纳米微球叠加来实现颜色的叠加混合形成新的颜色，尤其是无角度依赖的非晶结构色具有重要意义。但目前能实现颜色加法混合的结构色都是光子晶体，而对于非晶结构色颜色叠加混合还没有相关的文献报道。即便是光子晶体的结构叠加，也多是层层自组装、层转移法、重力自组装等，这些方法都需要苛刻的实验条件，较长的实验步骤和繁琐的过程，同时对模板或基底的要求比较苛刻，往往都要求基底具有光滑平整的表面，在实际应用中大大受限，可控性较低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种颜色叠加的非晶结构色涂层的制备方法，本发明采用颜色加法混合的方法形成多层复合结构，条件温和，能较好的控制涂层的沉积厚度，对基底无损害，使胶体微球在基底上形成短程有序，长程无序的结构，且这种结构呈现的颜色没有角度依赖性。

本发明提供了一种颜色叠加的非晶结构色涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)将直径为100-300nm的胶体微球分散到水中，得到水分散液；

(2)将水分散液进行雾化后分沉积在基底上，形成非晶结构色涂层，然后在非晶结构色涂层表面继续多次沉积雾化后的水分散液，使得每次沉积的涂层与之前沉积的涂层有部分重叠，形成颜色叠加的非晶结构色涂层，其中，多次沉积的雾化后的水分散液中，胶体微球的直径至少有两种。

进一步地，在步骤(1)中，胶体微球为聚合物微球，聚合物微球为聚苯乙烯微球(PS)和/或聚甲基丙烯酸甲脂微球(PMMA)。

进一步地，在步骤(1)中，胶体微球为无机纳米粒子微球，无机纳米粒子微球为二氧化硅微球(SiO₂)。

进一步地，在步骤(1)中，水分散液中，胶体微球的质量分数为1％-4％。

进一步地，在步骤(2)中，水分散液雾化后的液滴的粒径为1-5μm。

进一步地，在步骤(2)中，雾化时间不低于10-15min。

进一步地，在步骤(2)中，基底的材质为牛皮纸或金属等。

进一步地，在步骤(2)中，每次沉积的涂层厚度为1-4μm。

进一步地，在步骤(2)中，还包括晾干得到颜色叠加的非晶结构色涂层的步骤。如果涂层的颜色较淡，可以再次雾化水分散液后再沉积，以达到比较好的效果。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明公开了雾化胶体微球水分散液的方法，使纳米粒径的胶体微球在基底上形成短程有序，长程无序的结构，而且这种结构呈现的颜色没有角度依赖性。同时，这种方法条件温和，对沉积涂层厚度能够实现较好的控制，对基底无损害，可以在上一层涂层上二次沉积不同尺寸的微球，形成多层复合结构。每层中的纳米微球都是非晶结构，而且层与层之间具有较明显的分界线。最终，这些复合结构涂层根据所用的不同尺寸的微球产生相应的混合叠加色。这种方法不需要苛刻的沉积、组装条件，快速而高效，可以用有限的材料实现复杂的颜色混合目的。同时该方法成本低廉，简便易行，在显示、传感及材料的着色领域具有广阔的应用前景。