[发明专利]一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法：(1)将乙醇、水和分散剂混合，升温；(2)将可聚合单体、交联剂、液晶单体和光引发剂混合；(3)将所述步骤(2)得到的混合物与所述步骤(1)得到的混合物混合；(4)将步骤(3)得到的混合物与引发聚合剂混合，紫外灯照射，在70～100℃、氮气下保持3～9h，后冷冻干燥，得到胶体微球粉末；(5)将步骤(4)得到的胶体微球粉末完全转化为熔融态；(6)将步骤(5)得到的物料热压成型，后冷却；(7)将步骤(6)得到的物料进行溶剂刻蚀，风干，得到所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料。本发明液晶光子晶体材料，具有可变虹彩色、良好的机械性能、厚度可控、三维尺寸易于拓展延伸制备的优势。

技术领域

本发明属于加工成形技术领域，具体涉及一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料及其制备方法。

背景技术

光子晶体虹彩色在自然界中随处可见，如各种颜色的宝石、大闪蝶翅膀、孔雀羽毛、昆虫表壳等。具体而言，虹彩色与化学色素类的染料、颜料生色原理不同，其是基于可见光波在微纳米光子晶体结构中的一系列光学过程所生成的与纳米单元尺度相对应的结构色，并具有随角度变化的特性。虹彩色材料具有角度变色性、绿色环保、光强高、永不褪色等优点，其在颜色、防伪、激光、军工等领域具有巨大的应用潜力。可变虹彩色的光子晶体材料能够受温度、磁或紫外光等条件影响来改变虹彩色，使虹彩色具有多功能性，在生物化学感应器、军事伪装和信息存储及彩色显示等领域拥有重要的应用价值。

目前，胶体颗粒自组装法是光子晶体结构材料的主要制备方法，在微小力的作用下纳米颗粒缓慢地进行排列，最终获得纳米颗粒周期性排列的光子晶体材料。但是该方法制得的材料存在厚度薄、机械性能差、三维尺寸难以进一步拓展延伸等缺点，而且难以大面积地制备，这些问题严重影响了虹彩色光子晶体材料的应用。常规的光子晶体制备技术所制备的光子晶体材料存在的瓶颈难题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料及其制备方法。本发明在胶体光子晶体微球的合成过程中掺入液晶分子，通过热压成型使掺杂液晶的胶体微球粉末排列为紧密堆叠的有序结构，并利用液晶分子的高温熔融态增加胶体微球粉末成形时的排列有序程度，随后通过有机溶剂表面刻蚀去除胶体微球粉末颗粒部分的液晶分子，从而形成高折射率差值以保证液晶光子晶体材料能反射出艳丽虹彩色。随着液晶分子折射率受温度、磁或紫外光的改变，所述液晶光子晶体材料实现了同角度下不同波长的虹彩色反射。本发明所述方法制备的液晶光子晶体材料，具有可变虹彩色、良好的机械性能、厚度可控、三维尺寸易于拓展延伸制备的优势。

用于实现上述目的的技术方案如下：

本发明提供一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

(1)将乙醇、水和分散剂混合，升温至70～90℃；

(2)将可聚合单体、交联剂、液晶单体和光引发剂混合，搅拌10～20min；

(3)将步骤(2)得到的混合物和步骤(1)得到的混合物混合；

(4)向步骤(3)得到的混合物和引发聚合剂混合，后紫外灯照射15～30min，在70～100℃、氮气下保持3～9h，然后在1～100毫托、-30℃下冷冻干燥11～13h，得到胶体微球粉末；

(5)将步骤(4)得到的胶体微球粉末加热至100～250℃，保温，直至所述胶体微球粉末完全转化为熔融态；

(6)将步骤(5)得到的物料在温度为50～300℃、压力为150～300MPa的条件下热压成型0.5～1h，后冷却至25℃；

(7)将步骤(6)得到的物料进行溶剂刻蚀，风干，得到所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料。