[发明专利]一种无角度依赖性结构色材料的快速制备方法

说明书

本发明涉及结构色材料技术领域，尤其涉及一种无角度依赖性结构色材料的快速制备方法，包括以下步骤：（1）制备粒径均一的刚性纳米粒子；（2）用黑色素材料均匀包覆刚性纳米粒子，得到粒径均一的核壳纳米粒子；（3）将核壳纳米粒子分散于去离子水中，超声分散；（4）将分散液加入至喷枪中的液体槽中，调节参数，对准基材进行喷涂，使用喷枪喷涂一层分散液后，再使用喷枪喷出气流快速干燥基材上的分散液，重复该步骤若干次，得到无角度依赖性结构色材料。本发明基于黑色素材料为壳，纳米粒子为核的核壳纳米粒子，黑色素材料可以有效降低结构色材料中的多重非相干散射，提高色彩饱和度，防止颜色发生光漂白。

技术领域

本发明涉及结构色材料技术领域，尤其涉及一种无角度依赖性结构色材料的快速制备方法。

背景技术

结构色在自然界广泛存在，例如蝴蝶翅膀、蛋白石、甲虫的颜色，不同于由色素或者染料产生的颜色，结构色是由于入射光与微纳尺度的周期性结构发生物理相互作用而产生的，这种结构通常被称为光子晶体。研究表明结构色材料都具有长程有序的微纳结构和各向异性的光子带隙，使得该类材料的结构色具有角度依赖性，即颜色会随观测角度而变化。与色素或染料不同，结构色具有环境友好、色彩稳定等优点，目前已经被广泛应用于色彩显示、光子纸张和传感器等领域。

但目前限制结构色材料的应用主要有两大问题。一、结构色材料制备过程繁琐；二、结构色存在角度依赖性。针对第一个问题，研究人员尝试了各种微加工的方法来完成，比如光刻技术、气相沉积等，但这些方法成本高昂，操作复杂。随后，研究人员又提出了自下到上的自组装方法，其中以江朋教授提出的垂直自组装法的使用最为广泛，但该方法耗时久，一般长达几十个小时，并且得到的结构色材料尺寸有限。

中国专利文献上公开了“使用喷涂方法制备聚合物胶体光子晶体膜的方法”，其公告号为CN101260194A，该发明将单分散的乳胶粒子分散于水中，使用空气喷涂法，制备得到胶体光子晶体结构色材料。此方法虽然可以快速简单、大面积制备结构色材料，但得到的结构色材料依旧和前者一样为长程有序的周期性结构，该结构色存在角度依赖性，并且容易发生光漂白。

结构色材料虽然拥有色彩鲜艳、环境友好和永不褪色等优点，但是其角度依赖性极大地限制了结构色材料在色彩显示、传感器等其他需要单一颜色材料领域中的应用，因此，研究和开发具有一种快速制备无角度依赖性结构色材料的方法具有重要的科学和社会意义。

发明内容

本发明为了克服现有结构色材料制备繁琐、具有角度依赖性，容易发生光漂白的问题，提供了一种操作简单、无光漂白、饱和度及亮度可调节的无角度依赖性结构色材料的快速制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种无角度依赖性结构色材料的快速制备方法，包括以下步骤：

（1）制备粒径均一的刚性纳米粒子；

（2）用黑色素材料均匀包覆刚性纳米粒子，得到粒径均一的核壳纳米粒子；该步骤可以通过使用不同摩尔浓度的黑色素材料包覆刚性纳米粒子，来调节制备得到的无角度依赖性结构色材料的明度，由于黑色素材料在可见光范围内具有强吸光作用，不同含量的黑色素导致材料的结构色明度不同，黑色素含量越高，结构色明度越低；其中黑色素材料可以有效降低结构色材料中的多重非相干散射，防止光漂白，同时在可见光区具有强吸光能力，在非共振波长处降低材料的反射率，从而增加结构色的饱和度。并且该黑色素材料具有强粘附性，可以在各种基底上制备结构色材料；

（3）将核壳纳米粒子分散于去离子水中，超声分散，得到分散液；