[发明专利]一种柔性光子晶体基元纳米微球及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米微球的制备方法，特别涉及一种柔性光子晶体基元纳米微球及其制备方法。该纳米微球是由以下重量百分比的原料制成：乳化剂0.02~0.04 wt%，内层硬单体4~7 wt%，内层交联剂，内层交联剂为内层硬单体含量的5~15 wt%，外层单体9‑15 wt%，外层交联剂，外层交联剂为外层单体含量的0.1~1 wt%，引发剂，引发剂为内层硬单体与外层单体总量的1~3 wt%；余量为水。本发明通过二步法乳液聚合可有效制备软质纳米微球，外层通过软硬单体共聚的方式可极为简便地调控其软硬度。内层交联剂可使内核表面存在双键，同时通过外层交联剂的作用可将外层单体锚固在内核表面上，使其结构更为稳定。

技术领域

本发明涉及一种纳米微球的制备方法，特别涉及一种柔性光子晶体基元纳米微球及其制备方法。

背景技术

光子晶体是一种结构高度有序的介电材料，由于其自身光子禁带的存在，可以阻止与禁带相当的可见光穿过光子晶体从而被选择性反射，在其表面形成相长干涉。光子晶体结构生色材料在智能响应、智能显示、传感、印刷和打印以及纺织品着色等众多领域受到广泛关注。然而，目前常用的光子晶体构筑基元通常为氧化硅(SiO₂)、聚苯乙烯(PS)以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等硬质纳米微球，此类微球无法构筑具有柔性的光子晶体结构，在很大程度上限制了其实际应用。因而设计和制备一种可构建高柔性、高韧性且颜色鲜艳和虹彩效应显著的光子晶体膜的基元纳米微球具有重要意义。

近年来国内外研究者在制备用于构建柔性光子晶体结构的软质纳米微球方面做了一定的探索，主要有：一步乳液聚合法（Wang J , Wen Y , Ge H , et al. SimpleFabrication of Full Color Colloidal Crystal Films with Tough MechanicalStrength[J]. Macromolecular Chemistry Physics, 2006, 207(6):596-604.）和预乳化-半间歇乳液聚合法（Ruhl T , Spahn P , Hellmann G P . Artificial opalsprepared by melt compression[J]. Polymer, 2003, 44(25):7625-7634.）（Zhao Q ,Finlayson C E , Snoswell D R E , et al. Large-scale ordering of nanoparticlesusing viscoelastic shear processing[J]. Nature Communications, 2016, 7:11661.）（CN 201610329842.0）。一步乳液聚合法是将核层和壳层的单体及所需的各种乳化剂、引发剂等助剂一并加入到反应器中，一步反应完成。该方法虽然简单易操作，但所制备的核壳纳米微球完全依赖于单体的亲疏水性差异而自发形成，疏水性单体主要位于核层，亲水性单体则主要位于壳层。然而，在反应过程中核层和壳层的单体将会发生一定的共聚反应，难以可控调节所得纳米微球的软硬度。预乳化-半间歇乳液聚合是通过分步加料的方式精准控制纳米微球内核及壳层的组成，从而得到所需的软质纳米微球，但待反应单体进行预乳化后在反应过程中需分四次加入，且其制备的纳米微球由内核-过渡层-外壳三部分组成，软质外壳需依赖过渡层进行桥接进而锚固在硬核表面，制备流程和工艺复杂，以致在很大程度上限制纳米微球的制备效率。因而，发展一种方法简便且软硬度可控性好的硬核-软壳型纳米微球的制备方式对于推动光子晶体的实际应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性光子晶体基元纳米微球的制备方法，该方法具有对纳米微球软硬度的可控性好，且制备方式简单、聚合效率高以及反应速率快等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种柔性光子晶体基元纳米微球，该纳米微球是由以下重量百分比的原料制成：

乳化剂0.02~0.04 wt%，

内层硬单体4~7 wt%，