[发明专利]磁场响应光子晶体防伪薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种磁场响应光子晶体防伪薄膜及其制备方法与应用。本发明通过采用十二烷基硫酸钠作为细乳化的乳化剂，通过在细乳液中挥发有机溶剂合成了粒径可调的超顺磁性纳米晶簇，用于制备构建光子晶体的磁性胶体纳米粒子。并通过修饰非离子聚合物和包覆二氧化硅合成了稳定、均一的磁性胶体纳米粒子，用于制备磁组装光子晶体。再采用琼脂糖水凝胶的作为薄膜材料，在磁场下固化形成磁响应光子晶体防伪薄膜。本发明制备的磁响应光子晶体防伪薄膜，可以在施加磁场后，瞬间显示防伪图案，当撤销磁场后，图案立即消失，实现防伪图案的快速显‑隐。制备简单快速、成本较低、防伪响应快速，防伪图案可调控，可以作为防伪材料应用。

技术领域

本发明涉及磁响应光子晶体和防伪技术领域，尤其涉及一种磁场响应光子晶体防伪薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

随着社会的发展和科技的进步，假冒产品的传播途径和涉及领域越来越广泛，严重扰乱了市场，造假现象的问题亟待人们去解决。防伪技术是保护企业品牌和消费者利益，维护企业正常经营和打击假冒产品的一种防范性技术措施，在货币、证件、医药、食品、化妆品、烟、酒、服装、音像制品等领域被广泛应用。虽然，目前大多数产品可以采用了荧光防伪、热致变色、全息图案、水印等先进的防伪技术来保护，但是由于假冒、造假导致的经济损失仍在逐年增长。

光子晶体是由两种或两种以上不同折射率的介质周期排列而形成的有序结构材料，这种有序结构形成的光子禁带能够反射特定波长的光，由于光子晶体这种独特的光学特性，目前已经在光纤、光伏器件、红外隐身、显示器、彩色印刷、传感器等领域被广泛研究。当通过调节衍射层级间距、光入射角及介质的折光率，使结构色的波长在可见光区域时，即产生结构色。不同于染料和色素，由于光子晶体的结构色来自于光在其内部结构中的折射、衍射和干射，只要内部的光子禁带结构不被破坏或改变，结构色将永远存在，成本也较低。另外，除了对结构的要求外，光子晶体对材料的要求较低，因此，可供选择的材料种类更多。还可将响应性材料引入光子晶体并设计图案，在防伪技术领域极具应用价值。

将磁响应光子晶体固定于水凝胶中，制备得到磁响应的光子晶体防伪薄膜，实现了通过磁场作为防伪图案显-隐的开关。磁响应光子晶体具有在磁场下快速组装的特点，其结构色可以通过磁场的强弱调节且响应快速。目前，光子晶体防伪薄膜主要以聚合物、二氧化硅微球堆积或打印形成光子晶体结构，需要较长的时间或精密的设备仪器。另外，采用聚合物作为光子晶体的薄膜材料需要进行聚合反应，制备过程繁琐，影响因素大。因此，开发一种制备简单、成本较低、防伪响应快速的光子晶体防伪薄膜。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明开发了一种磁场响应的光子晶体防伪薄膜。本发明将细乳液法与溶胶-凝胶法结合，合成了粒径可调控且具有超顺磁性的胶体纳米粒子，并以水凝胶作为基底，制备了一种图案可显-隐的光子晶体防伪薄膜。当施加磁场时防伪图案显现，撤销磁场后防伪图案隐去。该光子晶体防伪薄膜图案印刻过程方便，不需要聚合反应，实现了防伪图案的磁场识别。

本发明的第一个目的是提供了一种磁场响应光子晶体防伪薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将疏水性磁性纳米粒子分散于有机溶剂中作为油相，将乳化剂溶于水作为水相，将所述油相与水相混合后进行细乳化，得到水包油型细乳液；

(2)将所述的水包油型细乳液负压蒸发去除有机溶剂，获得磁性纳米晶簇，然后用水溶性大分子化合物对其进行修饰；

(3)将所述的修饰后的磁性纳米晶簇通过溶胶-凝胶法进行二氧化硅包覆，然后多次水洗和磁分离，获得磁性胶体纳米粒子；

(4)将所述的磁性胶体纳米粒子分散在水凝胶溶液中，在组成图案的磁铁下固化，形成图案可显-隐的光子晶体防伪薄膜。

进一步地，在步骤(1)中，所述的乳化剂为十二烷基硫酸钠(SDS)或C16-C22烷基三甲基季铵盐。