[发明专利]一种高色彩饱和度的亲油性光子纳米磁性链及其制备方法

说明书

本发明涉及光子晶体材料领域，特别是涉及一种高色彩饱和度的亲油性光子纳米磁性链及其制备方法。该高色彩饱和度的亲油性光子纳米磁性链，为由若干单分散的超顺磁纳米晶簇核壳粒子和亲油性聚合物壳层组成的一维链状结构，所述高色彩饱和度的亲油性光子纳米磁性链可作为填料分散于油性树脂中并在施加磁场后衍射出高色彩饱和度的结构色，高色彩饱和度表现在衍射出的光谱峰的半高宽可达到30nm以下。

技术领域

本发明涉及光子晶体材料领域，特别是涉及一种高色彩饱和度的亲油性光子纳米磁性链及其制备方法。

背景技术

光子纳米磁性链是由单分散的磁性纳米颗粒在一维方向上等间距排列，并且所有颗粒作为“分散相”包埋在有机或无机一维“连续相”壳层基体中的单链状结构。其特点在于一维有序结构满足布拉格衍射条件，能衍射特定波长的光，并可通过磁场对单根或多根链进行单独或集体磁取向，是一维光子晶体显色材料。其单链结构的直径通常在亚微米级，长度在微米级，较小的尺寸有利于提高光子晶体对光的调制分辨率。此外，光子纳米链周期性结构已固定且拥有磁各向异性，相比于由胶体粒子动态组装的磁性光子晶体材料，表现出更快的显色速率、更低的响应磁场以及不受磁场强度影响的固定色彩，还有利于在高粘度介质中取向显色。它们的壳层可以是刚性的无机物或软硬可调的响应性聚合物，因此其在节能显示、布拉格反射体、微环境传感和成像等领域中都展现出了诱人的应用前景。

但是迄今发展的拥有光子晶体结构色彩的纳米磁性链，其外部壳层仅限于少数几种材料，包括SiO₂、碳或水凝胶等。然而它们都存在以下两个问题：1.壳层材料均为亲水性物质，导致了它们无法在亲油性聚合物单体或树脂中直接分散显色，比如亲油性丙烯酸酯、环氧树脂、聚氨酯等。而这类亲油聚合物单体或树脂是涂料、油墨、胶粘剂等领域中常用的原料。因此，现阶段光子纳米磁性链的亲水性限制并阻碍了其应用发展。2.由它们衍射出的光谱半高宽比较宽，比如SiO₂作为壳层的链的半高宽大于65nm，以碳作为壳层的半高宽大于80nm，而以水凝胶作为壳层的链半高宽通常也大于45nm。而半高宽与它们衍射出的颜色饱和度密切相关，较窄的半高宽通常代表更高的色彩饱和度或纯度，更有利于与显色有关的应用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种高色彩饱和度的亲油性光子纳米磁性链，其可分散于油性树脂中，当施加外部磁场时能集体取向并衍射出高饱和度的结构色彩。

本发明的目的之二在于提供一种高色彩饱和度的种亲油性光子纳米磁性链的制备方法，制备工艺简便，易于调节。

本发明实现目的之一所采用的方案是：一种高色彩饱和度的亲油性光子纳米磁性链，为由若干单分散的超顺磁纳米晶簇核壳粒子和亲油性聚合物壳层组成的一维链状结构，所述高色彩饱和度的亲油性光子纳米磁性链可作为填料分散于油性树脂中并在施加磁场后衍射出高色彩饱和度的结构色。

所述油性树脂为环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂中的至少一种。所述施加磁场的强度为50Gs以上即可。

优选地，所述超顺磁纳米晶簇核壳粒子由四氧化三铁纳米晶簇内核及包覆在其表面的聚乙烯吡咯烷酮组成，所述超顺磁纳米晶簇核壳粒子的粒径为50～300nm。

优选地，所述亲油性聚合物壳层是带有羟基、羧基、氨基基团中的至少一种的亲油性丙烯酸酯类聚合物。

优选地，所述高色彩饱和度的亲油性光子纳米磁性链磁取向后，其所衍射的光谱峰的半高宽为30nm以下。

本发明实现目的之二所采用的方案是：一种所述的高色彩饱和度的亲油性光子纳米磁性链的制备方法，包括以下步骤：

(1)将单分散的超顺磁纳米晶簇核壳粒子与亲油性可聚合壳层原料、引发剂、分散溶剂混合均匀，得到预聚液；

(2)将预聚液置于外加磁场下，用紫外光或热引发聚合，反应完成后，得到所述高色彩饱和度的亲油性光子纳米磁性链。