[发明专利]一种基于光传播介质变化即时响应的透明-彩色转变的密封式光子晶体光栅

说明书

本发明公开了一种基于光传播介质变化即时响应的透明‑彩色转变的密封式光子晶体光栅及其应用，属于信息加密和商品防伪领域。所述密封式光子晶体光栅由基材、光子晶体阵列、空气层和密封层组成。密封式光子晶体光栅在空气中透明，在液体中呈现出亮丽的结构色，从而方便地实现图案隐藏‑显示转变。本发明仅依靠光子晶体光栅所处的介质不同，使其即时地发生从透明到彩色的明显色彩变化。本发明的密封式光子晶体光栅制备方法简便、成本低，仅依赖光传播介质的改变即可实现从透明到彩色的即时颜色变化；并且由于光传播介质仅在材料外部使用不渗透到光子晶体阵列内部，所以该材料可持久使用，在信息加密和商品防伪中具有明显的优势。

技术领域

本发明涉及一种光子晶体光栅，具体涉及一种基于光传播介质变化即时响应的透明-彩色转变的密封式光子晶体光栅。

背景技术

大自然是研究者们设计新颖材料和功能的灵感来源，通过向大自然学习，许多具有迷人结构色的仿生材料被开发出来。与染料或颜料等化学着色剂不同，结构着色材料通过光与物质表面规则的微观结构相互作用产生颜色(如薄膜干涉、衍射光栅、光散射等)。光子晶体作为一种折射率在空间中周期性变化的结构色材料，由于环境友好、不易褪色、易于调节、不易仿制的特点，在显示、传感、加密和防伪等领域具有十分重要的应用价值。

到目前为止，光子晶体结构色材料调节颜色的主要方式是依赖外界刺激(比如光、热、应力、磁场、溶剂等)改变材料自身的结构参数，使反射波长发生变化，从而改变材料自身的颜色。例如，CN 105693903A公开了一种基于光子晶体结构色防伪图案的制备方法，所制备的结构色图案能够在外加磁场的作用下变色且颜色具有角度依赖性。CN 104672733A提供一种湿敏变色防伪功能材料，在不同的湿度条件下，组分A形成的光子晶体点阵周期参数会随着组分B的溶胀特性发生变化，因此所限定的波长也会发生改变，从而呈现出不同的颜色。CN 110563965A公开了一种具有一过性加密信息的温度敏感变色水凝胶，该水凝胶在特定的温度下能够一过性地展现特定图案和信息。在这类结构色转变方式中，外界刺激条件直接作用于光子晶体，并且光子晶体对外界刺激做出响应到颜色改变的过程需要一定的时间，这在一定程度上限制了他们的实际应用。尽管已有响应时间较短的光子晶体结构色材料的报道，但是无需直接作用于光子晶体、即时响应的结构色防伪材料的开发仍是一项挑战。

此外，仅能在不同颜色之间转变的光子晶体结构色材料无法实现结构色的隐藏，在一些实际应用中会受到限制，具有较大对比度的透明-彩色态转变的光子晶体结构色材料具有更大的实用价值。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于光传播介质变化即时响应的透明-彩色转变的密封式光子晶体光栅。与基于液体渗透到光子晶体阵列内部引起颜色变化的材料不同，本发明仅依靠光子晶体光栅所处的介质不同，使其即时地发生从透明到彩色的明显色彩变化。本发明中的密封式光子晶体光栅在空气中透明，在液体中呈现出亮丽的结构色，从而方便地实现图案的隐藏-显示转变。本发明中的光子晶体光栅显示结构色时液体未渗透进入阵列内部，转变过程不需要响应时间，可实现颜色的即时变化，具有超快转变的特点。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于光传播介质变化即时响应的透明-彩色转变的密封式光子晶体光栅，所述密封式光子晶体光栅由透明基材、光子晶体阵列、空气层和密封层组成，光子晶体阵列和密封层之间留有空气层，光子晶体阵列和空气层被密封层密封在透明基材上，通过改变密封式光子晶体光栅所处的介质种类实现透明-彩色的即时转变；当密封式光子晶体光栅所处的介质为空气时，显示透明，当密封式光子晶体光栅所处的介质为水时，显色具有角度依存的彩色结构色；

所述光子晶体阵列包括由微球组装而成的有序堆积微球型光子晶体阵列、由微球组装而成的无序堆积微球型光子晶体阵列和由微球作为模板经填充物填充、模板去除制备的空穴型光子晶体阵列。