[发明专利]一种基于3D液滴打印的具有结构色的Janus液滴及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于3D液滴打印的具有结构色的Janus液滴及其制备方法。以具有剪切变稀性质的水凝胶为基体，以高温时互溶、低温时相分离的两种油相为分散相，通过3D打印机控制注射泵，在基体中注入高温时的分散相，形成液滴，并通过降低温度，诱导两种油相相分离，形成Janus液滴。因两种油相具有不同折射率，入射光可在界面间形成干涉，呈现出环状的结构色。Janus液滴的结构色可以通过水凝胶中非离子型表面活性剂的类型或比例进行调节，而其位置和尺寸可以通过3D打印精确控制，并生成由Janus液滴组成的彩色图案，在功能显示、传感等领域，具有较高的应用价值。

技术领域

本发明涉及Janus液滴领域，具体涉及一种基于3D液滴打印机制备具有结构色的Janus液滴。

背景技术

Janus液滴由具有不同化学或物理性质的两部分组成，尺寸一般为微米级或者纳米级。Janus液滴的各向异性结构不仅体现在化学组成或形貌结构的非对称性，还表现在功能或性能方面的非对称性。其典型的形貌有：球形、棒状、哑铃形、雪人状等。由于其结构上的不对称性和组成上的多样性，Janus液滴具有一些特殊的光学、电场响应等性质。例如，当Janus液滴由两种不同折射率的液体组成时，入射光可以在界面间形成干涉，产生绚丽的环状图案。因此，Janus液滴在光学、显示、胶体化学、药物控释等领域具有重要的应用价值。

目前制备Janus液滴的主要技术是微流控技术。通过微流控技术对液滴生成过程的精准控制，已经可以实现Janus液滴的大小和比例的精准控制。但是微流控技术缺乏对Janus液滴后续的调控。以上述具有环状结构色的Janus液滴为例，微流控技术无法控制Janus液滴的取向和空间排布，极大地限制了其光学特性的开发和应用。

本发明采用3D液滴打印技术，在水凝胶基体中直接注入高温时互溶的分散相，形成液滴，并通过降低温度，诱导两种油相分离，形成具有结构色的Janus液滴。所得Janus液滴的大小、比例、取向、位置及其结构色颜色都可以精准控制，并可生成各种由具有结构色的Janus液滴组成的彩色图案，在功能显示、传感等领域，具有较高的应用价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于3D液滴打印的具有结构色的Janus液滴及其制备方法。该方法以具有剪切变稀性质的水凝胶为基体，以高温时互溶、低温时相分离的两种油为分散相，通过3D打印机控制注射泵，在基体中注入高温时的分散相，形成液滴，并通过降低温度，诱导两种油相相分离，形成Janus液滴。因两种油相具有不同折射率，入射光可在界面间形成干涉，呈现出环状的结构色。Janus液滴的结构色可以通过水凝胶中非离子型表面活性剂的类型或比例进行调节，而其位置和尺寸可以通过3D打印精确控制，并生成由Janus液滴组成的彩色图案，在功能显示、传感等领域，具有较高的应用价值。

为实现上述目的，本发明提供如下解决方案：

本发明首先公开了一种基于3D液滴打印的具有结构色的Janus液滴的制备方法，包括以下步骤：

1)将具有剪切变稀性质的高分子材料溶解于含非离子型表面活性剂的水中，得到水凝胶，将高温时互溶、低温时相分离的两种油相，在高温下混合，得到互溶的混合液。

2)以步骤1)所述的水凝胶为基体，放置在3D液滴打印机的升降平台上，以步骤1)所述的混合液为分散相，通过3D打印机控制注射泵，在基体中注入高温时互溶的分散相，形成液滴。

3)将打印完成后的水凝胶基体静置在温度为-10℃至-15℃的冰箱中冷却2-5min，诱导两种油相相分离，获得所述具有结构色的Janus液滴。

作为本发明的优选方案，两种油具有不同的折射率且高温时互溶、低温时相分离。

优选的，所述的两种油相可以是正己烷和全氟己烷，互溶温度为22.75℃

优选的，所述正己烷和全氟己烷的体积比可以为1：1-1：5。