[发明专利]一种三元杂化光子晶体薄膜及其制备方法

说明书

一种三元杂化光子晶体薄膜及其制备方法，其由杂化胶体微球组成，所述杂化胶体微球中的单体组分及其质量百分含量包括：丙烯酸叔丁酯85％‑92％，丙烯酸3％‑8％，丙烯酸正丁酯5％‑10％，所述杂化胶体微球的粒径为180‑240nm，所述杂化光子晶体薄膜的单分散性指数小于5％。所述光子晶体薄膜结构色饱和度高、柔韧附着力强，内部粒径有序，单分散性指数低，宏观结构色亮丽，并具有可弯曲特性，表面洁净无需后期处理，制备方法操作简单，易实现。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种三元杂化光子晶体薄膜及其制备方法。

背景技术

聚合物单分散胶体微球可在特殊的外界驱动条件下，如静电作用力、表面张力和毛细管力等，形成在空间阵列结构上堆积有序和紧密排布的光子晶体材料，因光子晶体独特的带隙结构和光学特性，在光纤信息传导及光学装置应用方面拥有巨大的发展空间。

由于内部物理结构的缺陷，用单一的胶体光子晶体材料，如二氧化硅(SiO₂)胶体粒子、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚苯乙烯(St)胶体粒子等，直接组装构建光子晶体，往往造成最终的产品色彩饱和度不高和易脱落等不利的性能。

因此，合成具有附着力强、柔韧性优异和色彩饱和度高的复合胶体光子晶体显得至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三元杂化光子晶体薄膜及其制备方法，该光子晶体薄膜粒径有序，宏观结构色亮丽，结构色饱和度高、柔韧附着力强，并具有可弯曲特性，单分散指数低，表面洁净无需后期处理，制备方法操作简单，易实现。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种三元杂化光子晶体薄膜，其由杂化胶体微球组成，所述杂化胶体微球中，各单体组分及其质量百分含量包括：丙烯酸叔丁酯85％-92％，丙烯酸3％-8％，丙烯酸正丁酯5％-10％。

进一步，所述杂化胶体微球的粒径为180-240nm，所述杂化光子晶体薄膜的单分散性指数小于5％。

本发明的杂化胶体微球中含有三种单体：丙烯酸叔丁酯、丙烯酸和丙烯酸正丁酯，玻璃化温度较低的丙烯酸叔丁酯(t-BA)作为具有极性基团的多官能性单体，因其能够产生轻度的交联并形成空间网络结构，可以作为堆积有序的单分散微球的主单体；而丙烯酸正丁酯(BA)作为一种柔性软单体，可以大大提高胶体微球的柔韧性。此外，交联性和亲水性强的丙烯酸(AA)在胶体粒子同基底的结合上，极大增强两者之间的附着作用力。

本发明提供所述三元杂化光子晶体薄膜的制备方法，包括以下步骤：

a)按照杂化胶体微球的组分比例将丙烯酸叔丁酯、丙烯酸和丙烯酸正丁酯三种单体分别用碱液洗涤，除去阻聚剂，再减压蒸馏，收集精制馏分，备用；

b)向反应器中加入引发剂和去离子水，搅拌至均相体系，再加入步骤a)获得的丙烯酸叔丁酯，氮气氛围下，搅拌均匀；

c)加热升温至85℃～98℃进行聚合，待反应稳定后向体系中加入丙烯酸、丙烯酸正丁酯和补充引发剂的水溶液，继续反应3-5h，获得胶体微球乳液；

d)将得到的胶体微球乳液进行离心，洗涤，浓缩，得到胶体浓缩液，将胶体浓缩液刮涂至基底后获得所述三元杂化光子晶体薄膜。

优选地，步骤a)中所述碱液为质量分数为5-10％的氢氧化钾和/或氢氧化钠水溶液。

又，步骤b)中所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾的一种或两者混合物，引发剂用量为丙烯酸叔丁酯、丙烯酸和丙烯酸正丁酯三种单体总量的0.8-1.0wt％。

进一步，步骤c)中，加入丙烯酸叔丁酯单体后，搅拌速度为200～230rpm，搅拌时间为30～45min，反应稳定所需的时间为30-50min。