[发明专利]一种超疏水性非虹彩结构色薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种超疏水性非虹彩结构色薄膜的制备方法，属于光子晶体薄膜制备技术领域。首先，用低表面能的溶剂对胶体微球进行疏水处理，然后将黑色纳米颗粒、疏水后的胶体微球乳液按一定比例混合，并均匀分散于乙醇中形成乳液。然后，通过滴涂、旋涂、浸涂、提拉、喷涂、喷墨打印将上述乳液置于基底上。室温干燥后，便形成具有高饱和度、高亮度且具有疏水性质的非虹彩结构色材料。本发明借助黑色纳米颗粒对无序光学结构引起的非相干散射光的吸收作用显著提高了非彩虹色结构色材料的色彩饱和度。通过疏水处理使得非虹彩结构色薄膜具有良好的疏水特性，接触角在150°以上。本发明在装饰装修、防伪、化妆品包装、工艺品和布告牌等领域有实际的应用。

技术领域

本发明属于光子晶体薄膜制备技术领域,特别涉及一种利用黑色颗粒和疏水处理来提高非虹彩结构色亮度和饱和度并赋予其超疏水特性的制备方法。属于结构色材料制备领域。

背景技术

自然界中的颜色缤纷多彩，对动物与人类的生活都非常重要。目前颜色主要分为两大类，一类是颜料色，另一类是结构色。我们生活中使用到的产品的颜色大部分都来源于颜料色。颜料色是色素生色，是色素分子通过选择性的吸收特定波长的可见光而展现出不同的颜色。结构色是一种物理色，是光入射到空间周期与光的波长相近的结构材料上时，由于光的散射、干涉或衍射作用而产生的颜色。因此，只要材料的结构不被破坏，结构色就永远不会褪色消失。除此以外，结构色还可以避免传统颜料色带来的水源污染和空气污染等环境问题，在纺织印染、显示、传感器等领域具有广阔的应用前景。

光子晶体是一种典型的结构生色的方式，其特征是具有光子禁带，波长处在光子禁带范围内的光无法在光子晶体内部传播而被完全反射，进而在周期性排列的光子晶体表面形成相干衍射,当相长干涉的反射光刺激人眼,传递到大脑我们就感知到了颜色。但是光子晶体产生的结构色具有很强的角度依赖性，在不同的角度观察会看到不同的颜色，即虹彩色。可是在许多颜色领域我们需要颜色保持不变，所以虹彩色极大地限制了光子晶体结构色的进一步应用。自然界中一些鸟类,比如斑喉伞鸟、金刚鹦鹉等具有色彩非常鲜艳的羽毛，且羽毛的颜色不随着观察角度的改变而变化。经过研究发现，它们羽毛的颜色来源于一种短程有序长程无序的非晶态光子晶体结构，这为制备非虹彩结构色提供了思路。通过模仿这些结构，人们通过自组装等方法制备了大量的短程无序长程有序的非晶光子晶体材料，有效地避免了虹彩色。但是在实际应用中,非虹彩结构色薄膜图层存在耐水性、耐候性差等缺点,比如对于外墙的应用,光子晶体涂层由于会受到尘埃、雾气和雨雪等污染物的影响,它们的使用将会受限。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种超疏水性非虹彩结构色薄膜的制备方法，在保持光子晶体有序结构的同时,改善具有结构色涂层的综合性能,使其兼具疏水能力和明亮结构色,对于发展这种环保型疏水结构色涂层是非常有意义的。

首先，用低表面能的溶剂对胶体微球进行疏水处理，然后将黑色纳米颗粒、疏水后的胶体微球乳液按一定比例混合，并均匀分散于乙醇中形成乳液。然后，通过滴涂、旋涂、浸涂、提拉、喷涂、喷墨打印将上述乳液置于基底上。室温干燥后，便形成具有高饱和度、高亮度且具有疏水性质的非虹彩结构色材料。具体包括以下步骤：

步骤一，用低表面能溶剂对胶体微球进行疏水处理，包括：

(1)将胶体微球分散到乙醇中，制备质量分数为10％的乙醇分散液；

(2)向上述乙醇分散液中加入质量占胶体微球质量3％的低表面能溶剂，在室温下磁力搅拌30分钟使悬浮液充分混合；

(3)将悬浮液放置在40℃水浴锅内疏水处理，处理时间范围10-12小时。

(4)经氟化的胶体微球通过离心机在转速6000rpm下离心15-30分钟收集备用；

步骤二，将黑色纳米颗粒和疏水后的胶体微球乳液按比例混合，并均匀分散于乙醇中形成乳液，单分散胶体微球的质量分数为1％-15％，