[发明专利]一种可自支撑胶体晶体及其简便高效制备方法

说明书

一种可自支撑胶体晶体及其简便高效制备方法，涉及胶体晶体领域。本发明实施例的可自支撑胶体晶体的简便高效制备方法是将胶体粒子悬浮液冷冻至结冰固化，再通过冷冻干燥的方式去除结冰水，得到可自支撑胶体晶体，该方法的步骤简单、操作方便、操作范围宽，可大范围任意调节单次处理量及相应产量，容易实现批量化制备。本发明实施例的自支撑胶体晶体的胶体晶体单元具有自支撑能力，无须依附于基底而存在，非常便于储存与转移，增加了其进一步应用的灵活性。

技术领域

本发明涉及胶体晶体领域，且特别涉及一种可自支撑胶体晶体及其简便高效制备方法。

背景技术

胶体晶体是由单分散的微米或亚微米无机或有机颗粒(也称胶体粒子)形成的具有三维有序结构的一类物质。由于胶体粒子的长程有序排列使胶体光子晶体产生了光子带隙，所以也称其为胶体光子晶体。胶体光子晶体为三维有序结构，其重复周期在微米、亚微米量级，可见光(400～700nm)可在其中发生布拉格衍射(Braggdiffraction)。胶体粒子的长程有序排列使胶体光子晶体产生诸如光衍射和光带隙、最大堆积密度、高表面—体积比等极具应用价值的特性。由于胶体光子晶体的衍射光学特性，使其作为光子晶体在滤光器和光开关、高密度磁性数据存储器件、化学和生物传感等方面具有重要的应用前景。此外胶体光子晶体可以作为模板制备具有完全光子带隙的有序多孔结构，这种有规则排列的介观多孔材料在催化、吸附和分离等方面也具有重要的应用价值。

基于单分散胶体粒子制备胶体晶体的现有方法主要包括气液界面组装法、重力沉降法、离心沉降法、溶剂蒸发法、垂直沉降法和旋涂法等。其中气液界面组装法是利用铺展剂，将经过适当表面修饰的胶体微球铺展到气液界面上，利用界面不对称诱导产生的偶极间相互作用，诱导颗粒自组装形成二维有序阵列，然后将阵列转移到固体基底上。重力沉降法和离心沉降法的原理相同，是通过重力或离心力的作用，使胶粒缓慢沉降形成有序密堆积结构。溶剂蒸发法、垂直沉降法和旋涂法的基本原理类似，都是利用溶剂挥发过程中产生的毛细作用诱导颗粒自组装形成有序阵列。

现有制备胶体晶体方法的共同缺点是制备过程要进行比较严格的控制，对操作者的要求较高，可重复性差；且制备过程耗时长，产量低，难以进行批量化制备。比如，气液界面组装法需要经过表面修饰、铺展、转移等复杂步骤，须对过程进行小心控制，且单次可制备的量非常有限；重力沉降法对胶体粒子的大小、密度以及沉降速度都有比较严格的要求，要获得质量较高的胶体晶体通常需要耗费数周时间；垂直沉降法和溶剂蒸发法也需要对蒸发速度进行控制，耗时长，且产量有限。

因此，需要一种用于制备胶体晶体的简便高效方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自支撑胶体晶体的简便高效制备方法，该方法步骤简单、操作方便、操作范围宽，可大范围任意调节单次处理量及相应产量，容易实现批量化制备。

本发明的另一目的在于提供一种自支撑胶体晶体，该胶体晶体单元具有自支撑能力，无须依附于基底而存在，非常便于储存与转移，增加了其进一步应用的灵活性。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种可自支撑胶体晶体的简便高效制备方法，其是将胶体粒子悬浮液冷冻至结冰固化，再通过冷冻干燥的方式去除结冰水，得到可自支撑胶体晶体。

进一步地，在本发明较佳实施例中，冷冻至结冰固化的方法是：将胶体粒子悬浮液置于液氮环境中或-18℃以下冰箱中。

进一步地，在本发明较佳实施例中，胶体粒子悬浮液可以为亲水性材料颗粒/分散介质悬浮液或疏水性材料颗粒/分散介质悬浮液。

进一步地，在本发明较佳实施例中，分散介质可以为水或聚合物单体。

进一步地，在本发明较佳实施例中，疏水性材料颗粒可以为聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。