[发明专利]一种二维胶体光子晶体及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种二维胶体光子晶体及其制备方法和用途，该方法包含：步骤1：将单分散纳米胶体微球悬浮液用第一溶剂稀释，得到混合物；步骤2：将步骤1得到的混合物涂到基片上，以在气液界面形成单层胶体晶体；步骤3：将步骤2的基片加热蒸发溶剂，得到二维胶体光子晶体薄膜；步骤4：将聚合物溶解于第二溶剂中，得到透明聚合物溶液；步骤5：将步骤4得到的透明聚合物溶液渗透至步骤3得到的二维胶体光子晶体薄膜，然后将光子晶体薄膜转移至基底上，室温下固化。本发明的二维胶体光子晶体采用聚合物薄膜固定光子晶体阵列，使原本介稳态晶体阵列具有更好的稳定性，能够广泛应用于防伪涂层。

技术领域

本发明涉及一种光子晶体，具体地，涉及一种二维胶体光子晶体及其制备方法和用途。

背景技术

光子晶体的概念最早是由Yablonovitch E和John在1987年分别独立提出来的，光子晶体是由两种以上具有不同介电常数(折射率)的材料在空间按照一定的周期性顺序排列所形成的有序结构材料。

光子晶体最基本的光学特征是具有光子带隙，即光子禁带。在光子晶体结构中，由于不同折射率材料在空间中的周期性分布，导致在其中传播的光波的色散曲线也会形成带状能带结构，即光子能带，光子能带之间在一定条件下会形成光子带隙。光子带隙分为完全光子带隙和不完全光子带隙，在各个方向上均有带隙的称为完全光子带隙，只在部分方向上产生带隙的称为不完全光子带隙。由于在光子带隙中态密度为零，因此处于禁带波段的光波在各个方向上均受到布拉格衍射，无法向任一方向传播。当光子晶体的禁带处在可见光频率范围内时，一定波长的光不能透过光子晶体，而是在光子晶体表面形成相干衍射，光子晶体就会呈现出该频率光的颜色，因此光子晶体会显现出绚丽的结构色。光子晶体的这种颜色与色素色(化学色)相比有着很大优势：亮度高、高饱和度且永不褪色等，因此对光子晶体的结构色的研究与应用一直备受人们关注。目前，光子晶体被广泛应用于传感器检测、光纤、波导、光电子学等领域。

基于胶体微粒的胶体光子晶体是光子晶体材料中的一种，但由于基于胶体微粒的胶体光子晶体属于介稳态结构，微粒之间的结合依靠微弱的静电力，因此容易受到破坏，很难推广其应用。

发明内容

本发明的目的是克服单一微球组装光子晶体稳定性差、对基底附着性差的缺点，提供一种稳定性强、透光性好，能够应用于防伪涂层的二维胶体光子晶体的制备方法。

为实现本发明的目的，本发明提供一种二维胶体光子晶体的制备方法，该方法包含：

步骤1：将单分散纳米胶体微球悬浮液用第一溶剂稀释，得到混合物；

步骤2：将步骤1得到的混合物涂到基片上，以在气液界面形成单层胶体晶体；

步骤3：将步骤2的基片加热蒸发溶剂，得到二维胶体光子晶体薄膜；

步骤4：将聚合物溶解于第二溶剂中，得到透明聚合物溶液；

步骤5：将步骤4得到的透明聚合物溶液渗透至步骤3得到的二维胶体光子晶体薄膜，然后将光子晶体薄膜转移至基底上，室温下固化。

较佳地，步骤1所述的单分散纳米胶体微球为聚合物微球、金属微球或无机非金属微球的任意一种。

较佳地，步骤1所述的单分散纳米胶体微球为聚苯乙烯胶体微球、聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球或二氧化硅胶体微球中的任意一种。

较佳地，步骤1中，所述的第一溶剂为1-丙醇，所述的微球悬浮液与所述的第一溶剂的体积比为1:1～10。

较佳地，步骤2中所述的基片选择石英玻璃片、玻璃片、塑料片、金属片的任意一种。

较佳地，步骤3中所述的加热的条件为：60～80℃，1～4h。

较佳地，步骤4中，所述的第二溶剂为DMSO；所述的聚合物的质量分数占所述的透明聚合物溶液的2％～10％。