[发明专利]一种基于高折射率微球Mie散射的结构色涂料

说明书

本发明公开了一种基于高折射率微球Mie散射的结构色涂料。一种基于高折射率微球Mie散射的结构色涂料，包括以下质量份的组分：1‑4份的高折射率微纳米级微球，15‑20份分散液，0.1‑3份表面活性剂，1‑6份粘结剂。结构色涂料的颜色源自涂料内的粒径均一的高折射率微球在基质上组装的单层或多层的局部微观有序、宏观长程无序的结构，该颜色属于结构色的一种，与高折射率微球的自身颜色无关。与其他结构色生色结构产生的颜色相比，颜色在自然光下可视，无需特殊光源照射或镜面反射观察，且颜色更加亮丽。此外，所述的结构色涂料通过改变所加入的高折射率微球的粒径，可最终得到紫、蓝、绿、黄、红等多种颜色的无角度依存的结构色。

技术领域

本发明涉及一种基于高折射率微球Mie散射的结构色涂料，属于结构色领域。

背景技术

在自然界中，颜色有两种来源——色素生色和结构生色。与色素生色相比，结构生色具有高亮度，高饱和度，永不褪色等优点。结构生色源自可见光与物质的微纳米结构的相互作用，例如散射，干涉或衍射等。目前，人工构筑结构色的研究中，主要通过光子晶体和非晶光子结构来实现。通过光子晶体结构实现结构色构筑是最常见的方式，可以产生亮丽的结构色(参见专利CN200710064245.0；X.Wang,Z.Wang,L.Bai,H.Wang,L.Kang,D.H.Werner,M.Xu,B.Li,J.Li and X.-F.Yu,Opt.Express,2018,26,27001-27013)然而所用的胶体微球通常是聚合物微球和SiO₂微球，根据Bragg公式，这些低折射率胶体微球构筑的结构色膜角度依存性强，不利于人类的视觉感受。而无角度依存的结构色可以通过具有特征尺寸为可见光波长量级的非晶光子结构实现，其微观结构单元呈短程有序、长程无序排列(参见W.Yuan,N.Zhou,L.Shi and K.-Q.Zhang,ACS Applied MaterialsInterfaces,2015,7,14064-14071；Q.Li,Y.Zhang,L.Shi,H.Qiu,S.Zhang,N.Qi,J.Hu,W.Yuan,X.Zhang and K.-Q.Zhang,ACS Nano,2018,12,3095-3102)。由于结构的无序性，散射光会在整个空间向各个方向散开，短程有序性又会使散射光发生相干叠加，因此就会产生无角度依存的结构色。无角度依存的结构色更符合人类的视觉感受，但这种结构色膜通常具有色彩黯淡的弊端。

Mie散射是指直径与辐射波长相当的各向同性均匀球形颗粒对入射光向空间任何方向发出的散射光。粒径200nm，理论折射率1.7的高折射率微球理论上会对可见光产生Mie散射。但是单个微球的Mie散射很弱，观察不到宏观的颜色，本发明的涂料在基质上形成局部有序组装的结构时，均匀微球Mie散射的相干叠加大大增强其Mie散射的强度，使其可以产生亮丽的结构色；同时由于本发明的涂料在基质上形成的膜为宏观无序的结构，其Mie散射是朝空间各个方向散射的，因此产生的结构色全角度可视，具有无角度依存性。因此，基于高折射率微球Mie散射构筑短程有序长程无序的结构产生自然光下全角度可视的结构色对于生产生活具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于高折射率微球Mie散射的结构色涂料。

一种基于高折射率微球Mie散射的结构色涂料，其特征在于，包括以下质量份数的组分：1-20份的粒径高度均一的理论折射率1.7的微球，75-90份分散液，0.1-5份表面活性剂，1-5份粘结剂。

所述的结构色涂料的颜色源自涂料组分中粒径高度均一的高折射率微球(折射率1.7)在基质上组装的单层或多层的局部微观有序、宏观长程无序的结构对光的Mie散射的耦合。所产生的颜色亮丽，属于结构生色的一种，与涂料内高折射率微球的自身颜色无关。

通过改变所述结构色涂料内高折射率微球的粒径，可得到紫、蓝、绿、黄、红等覆盖全光谱范围的亮丽的无角度依存的结构色。