[发明专利]一种具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及显示材料领域，具体涉及一种具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜及其制备方法，包括基底及束缚于所述基底的温敏响应性光子晶体凝胶膜，所述温敏响应性光子晶体凝胶膜是由温敏响应性凝胶基体和固定在其中的磁性光子晶体弹性纳米链构成。本发明的光子晶体薄膜，随温度变化，颜色在两个色系内转变。在温度诱导区间内，其颜色基本不变；诱导区间后，随温度升高，光子带隙发生蓝移，其颜色向另一色系转变，直至发生体积相转变，颜色消失。本发明的制备方法，将磁性光子纳米弹性链分散在温敏响应性凝胶预聚液中，涂覆在基底表面，结合磁取向技术和固化反应，得到基底束缚的凝胶薄膜，制作周期短，方法简单、易操作。

技术领域

本发明涉及显示材料制备的技术领域，具体涉及一种具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜及其制备方法。

背景技术

基于智能响应性水凝胶的光子晶体膜是将由单分散胶体纳米颗粒形成的有序微纳结构固定在智能响应性水凝胶中，利用水凝胶对外界环境的感知，使光子晶体晶格间距、折射率发生改变，从而把响应信号转化为肉眼可见的颜色信号，在传感、检测、防伪等领域有着广泛的应用。如《美国化学会—应用材料与界面》(ACS Appl.Mater.Interfaces 2017年，第9卷， 27927页)将PS纳米粒子固定在PNIPAM薄膜中，利用水凝胶的形变引起晶格间距的变化。当温度从25℃升高到35℃时，光波长从红色(650nm)蓝移到蓝色(500nm)。《先进光学材料》(Adv.Optical Mater.2018年，第6卷，第1701093页)报道了一种新型固体磁色光子水凝胶，将Fe₃O₄@SiO₂纳米粒子固定在热敏水凝胶NIPAM中，当温度从13℃升高到33℃时，水凝胶颜色由绿色(577nm)变为紫色(469nm)。

自然界中，常见的颜色都是在两三种颜色之间变化，如随四季交变，树叶一般是由绿变黄或变红，随地理位置的不同，土壤的颜色会有红色和黄色。然而，目前直接将单分散胶体纳米颗粒形成的有序微纳结构固定在凝胶基体制备方法得到的凝胶，其晶格间距的改变与水凝胶的变形同步，很容易被改变，从而使颜色在很短的温度区域内，颜色变化范围跨越了整个可见光，甚至红移/蓝移到红外区/紫外区而失色。此外，在凝胶感知外界刺激发生体积改变时，有序结构很容易被破坏，膜的饱和度并不高。饱和度低、颜色不易调控等这些问题也使得此类光子晶体水凝胶在制作传感、自适应伪装材料等方面的应用中具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜，其随温度变化，其颜色在两个色系内转变。在温度诱导区间内，其颜色基本不变；诱导区间后，随温度升高，光子带隙发生蓝移，其颜色向另一色系转变，直至发生体积相转变，其颜色消失。

诱导区间诱导区间

本发明的目的之二在于提供一种具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜的制备方法，制备工艺简便，易于调节。

本发明实现目的之一所采用的方案是：一种具有宽温度诱导区间的响应性光子晶体薄膜，包括基底及束缚于所述基底的温敏响应性光子晶体凝胶膜，所述温敏响应性光子晶体凝胶膜是由温敏响应性凝胶基体和固定在其中的磁性光子晶体弹性纳米链构成。

优选地，所述磁性光子晶体弹性纳米链包括凝胶壳层及包覆在其中的超顺磁Fe₃O₄@PVP 胶体纳米粒子，所述超顺磁Fe₃O₄@PVP胶体纳米粒子的直径为80-300nm。

优选地，所述凝胶壳层为甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺中的至少一种聚合之后的产物。

优选地，所述温敏水凝胶基体为N-异丙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯中的至少一种聚合后的产物，其中N-异丙基丙烯酰胺的用量为50wt％-100 wt％。优选地，所述磁性光子晶体弹性纳米链在预聚液中的浓度范围为0.4～1.6g/mL。