[发明专利]电致变色光子晶体薄膜及其制备方法、应用

说明书

本发明提供一种电致变色光子晶体薄膜及其制备方法、应用，电致变色光子晶体薄膜的制备方法为：S1、制备聚合物纳米微球乳液；S2、对上述乳液干燥，得到纳米微球团聚体；S3、将纳米微球团聚体均匀分散到紫精类化合物的溶液中形成凝胶，凝胶涂覆在上下两层ITO‑PET基材之间形成三明治结构后经辊压处理，得到复合膜材；S4、将复合膜材经过震荡剪切规整设备，得到位于上下两层ITO‑PET基材之间的纳米微球三维有序排列的光子晶体薄膜，制备得到的电致变色光子晶体薄包括纳米微球周期性阵列，阵列中的纳米微球之间填充有具有可逆电致氧化还原活性的有机紫精类化合物，通过上述方案，使光子晶体薄膜呈现更多不同的动态显色过程，从而提高光子晶体薄膜的应用程度。

技术领域

本发明涉及光学功能材料领域，具体是涉及一种电致变色光子晶体薄膜及其制备方法、应用。

背景技术

将具有电致变色性能的材料称为电致变色材料。电致变色性能是材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。现有的电致变色材料包括无机电致变色材料和有机电致变色材料，其中无机电致变色材料多为过渡金属氧化物或其衍生物，如：WO3或NiO；有机电致变色材料可分为有机小分子电致变色材料和导电聚合物电致变色材料，有机小分子可为紫精类化合物，导电聚合物可为导电聚乙炔。现有的电致变色材料众多，但是现有的电致变色材料在一定范围内控制电压下发生单一颜色的变化，使其应用范围较窄。

光子晶体是一种不同介质常数且空间呈周期性分布的光学材料。光子晶体薄膜显色原理为光线经过周期性结构的布拉格衍射调制，通过反射、折射及衍射光子晶体本身的光可以得到对应的结构色；即光子晶体的周期性结构的特性可以对入射光的角度和观察角度有不同的延伸相应，因此在观察光子晶体薄膜时，可随观察角度的不同观察到光子晶体的不同颜色的变化，而目前的光子晶体薄膜虽然能够实现多颜色变化，但是只能显示自身能够显示的颜色，无法进一步显示更丰富的颜色。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种显色更丰富的电致变色光子晶体薄膜。

本发明的第二目的是提供一种上述电致变色光子晶体薄膜的制备方法。

本发明的第三目的是提供一种上述电致变色光子晶体薄膜的应用。

为了实现上述的第一目的，本发明提供的电致变色光子晶体薄膜包括纳米微球周期性阵列，纳米微球周期性阵列中的纳米微球呈现三维有序排列，纳米微球之间填充有具有可逆电致氧化还原活性的有机紫精类化合物。

由上述方案可见，对具有可逆电致氧化还原活性的有机化合物通电后，该有机化合物自身在不同的电压和还原时间内可呈现不同的氧化还原态及其颜色；其中紫精类化合物的全名为1,1＇-双取代基-4,4＇-联吡啶，在对光子晶体薄膜通电后，光子晶体薄膜内的紫精类化合物分子之间存在强烈的电转移，使单价阳离子(RV^+·)着色，紫精类化合物有中的取代基链长不同，使紫精类化合物呈现不同颜色的氧化还原态；由电相应材料有机紫精类化合物为主体构成的光子晶体连续相与由纳米微球为主体构成的光子晶体分散相之间的折光指数差在电压的作用下也发生变化，使得在相同的入射光和观察角下，使光子晶体薄膜的颜色发生变化，光子晶体薄膜的颜色变化与非电响应性纳米微球周期性阵列光子晶体自身的颜色变化所产生的这两种效应耦合，在不改变纳米微球周期性阵列结构的前提下，通过改变电压以电响应性材料的状态，得到了完全不同于非电响应性光子晶体结构色的全新的颜色及其变化，进一步扩大了光子晶体薄膜颜色变化程度，使光子晶体薄膜呈现更多不同的动态显色过程，从而提高光子晶体薄膜的应用程度。

进一步的方案是，光子晶体薄膜在响应电压区间为0.3V～3.0V、静电流区间为0.1mA～0.2mA的通电下，响应时间为300ms～10s，重复周期为1,000次～100,000次。

进一步的方案是，光子晶体薄膜的吸收波长在470nm～700nm间变化。