[发明专利]一种浸润控制薄膜折射率的动态光子晶体图案的制备方法

说明书

本发明提供了一种浸润控制薄膜折射率的动态光子晶体图案的制备方法。包括以下步骤：先在透明基材上制备二维光子晶体；再将丙烯酸类单体、光敏剂和交联剂混合均匀后得到混合溶液，使二维光子晶体与混合溶液相接触，并在透明基材上覆盖有图案的掩膜板，于紫外光下固化，剥离薄膜，得到通过浸润控制图案化的胶体光子晶体复合膜；将此复合膜放入响应溶剂中，或者将响应溶剂喷洒到复合膜上，得到动态光子晶体图案。本发明通过掩膜板来控制反应单体的聚合程度，从而控制不同区域的浸润性，控制薄膜不同区域的折射率，使得薄膜遮挡区域出现更强的布拉格衍射光，并在该区域显示图案。该方法工艺简单，反应条件容易控制，图案化响应快。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域。尤其涉及通过聚合反应程度实现浸润控制薄膜折射率的方法，更具体地，涉及一种浸润控制薄膜折射率的动态光子晶体图案的制备方法。

背景技术

材料表面图案化技术是指在材料表面构建微纳结构，从而对材料表面的相关特性进行调控的技术，其在超分子科学、材料科学、微电子及细胞生物学等相关学科发展领域均有着重要的研究意义和应用价值，它给现代科学技术领域带来了新的发展空间和机遇。在传感检测、光子墨水、显示、防伪等方面有着重要的应用前景。

图案化区域的光子带隙能够随外界刺激而变化被称为响应性光子晶体图案化。主要原理是在化学或者物理的信号刺激下（如温度、pH值、电磁场），通过控制光子晶体的介电常数或周期产生变化，从而引起光子带隙的改变。这些改变主要包括设计或调节墨水溶剂的种类、掩膜板控制反应程度及表面浸润性、刻蚀法、电磁场响应、蒸气响应及应力响应等。响应性光子晶体图案化技术最初主要通过以聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）为基质的PS复合光子晶体，在硅氧烷溶剂中的体积膨胀来制备可重复读写的光子晶体纸；随后出现采用掩膜板来控制紫外光固化体系的反应程度，通过冲洗未反应单体等方式来改变布拉格衍射，从而实现图案化控制。该过程简单，操作性强，但溶剂墨水及掩模板法都局限于弹性体材料。

申请号为CN201210060019.6的专利，采用单分散乳胶粒、湿度响应性功能单体、N-异丙基丙烯酰胺单体、交联剂、引发剂、高沸点助剂和水的混合液为墨水，通过喷墨打印在具有浸润性的基材的表面上，得到由湿度响应的微滴单元构成的图案化的胶体光子晶体复合膜，但该方法仅限于聚N-异丙基丙烯酰胺类湿度响应复合材料，应用范围较窄。申请号为CN201610074370.9的专利，制备的结构色图案能够在外加磁场作用下变色，且颜色具有角度依赖性，去除外界磁场后，图案颜色消失，该防伪图案具有不易仿制的特点，但该实验过程繁琐，不仅电磁设备价格昂贵而且受环境限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有响应性光子晶体图案化研究的不足，提供一种浸润控制薄膜折射率的动态光子晶体图案的制备方法。该制备方法通过采用部分透光的掩膜板来控制反应单体的聚合程度，从而控制不同区域的浸润性，进而控制薄膜材料不同区域的折射率，薄膜与二维光子晶体的折射率差的增大，使得遮挡区域出现更强的布拉格衍射光，并在该区域显示图案。该方法制备工艺简单，反应条件容易控制，图案化响应快。

本发明的第一个目的在于，提供一种浸润控制薄膜折射率的动态光子晶体图案的制备方法。

本发明的另一个目的在于，提供利用上述的制备方法中步骤S1-S2所制备得到的通过浸润控制图案化的胶体光子晶体复合膜。

本发明的再一个目的在于，提供上述的通过浸润控制图案化的胶体光子晶体复合膜在智能显色和灵敏检测等领域的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种浸润控制薄膜折射率的动态光子晶体图案的制备方法，包括以下步骤：

S1. 先将水平铺在透明基材上，再将胶体微球溶液均匀分散在水面上，静止后，把水吸干，自然风干1～10 h，再于50～80℃烘干1～8 h，得到排列规整的二维光子晶体；