[发明专利]一种大面积高亮度的光子晶体膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种大面积高亮度的光子晶体膜及其制备方法，一种大面积高亮度的光子晶体膜的制备方法，包括：步骤1，将单分散纳米微球分散于溶剂中，得到纳米微球乳液备用；步骤2，将基底水平置于样品盒底部，将所述纳米微球乳液灌入样品盒中；步骤3，加热使所述样品盒中溶剂蒸干，得到大面积高亮度的光子晶体膜，加热温度能使纳米微球在气—液界面自组装但低于纳米微球的玻璃化温度。制备的光子晶体膜不但面积大，且具有稳定保持的结构色。

技术领域

本发明涉及光子晶体材料领域，具体为一种大面积高亮度的光子晶体膜及其制备方法。

背景技术

光子晶体是由不同介电常数的材料在空间进行周期性排列从而形成的有序结构。这种周期性的排列能使光子晶体形成光子禁带，波长落在禁带中的光被禁止传播并反射。当光子晶体的禁带处在可见光波长范围内时，该波长的光不能透过光子晶体，而是在光子晶体表面形成相干衍射，光子晶体就会显示出此种波长光的颜色。因其独特的光学性质，光子晶体被广泛应用于各种显示防伪材料、光学器件和生物功能材料。

传统意义上的光子晶体内部结构通常是纳米微球的有序堆积。而自组装法由于工艺简单，并且范德华力、氢键、静电力和表面张力等作为其驱动力可以很好的实现光子晶体的有序排列。大多数用自组装法制备光子晶体膜的过程中都会受到“咖啡环”效应的干扰，该效应会使纳米微球在基底上分布不均匀，从而降低所成光子晶体膜的图案分辨率与颜色饱和度。目前基于自组装有多种制备光子晶体膜的方法，如滴涂法、旋涂法和垂直沉积法，但滴涂法制备的光子晶体膜会因咖啡环效应形成环状沉积物导致中间出现缺陷；旋涂法制备的光子晶体膜形成的结构色亮度低且不均匀；垂直沉积法制备的光子晶体膜厚度会自上而下地增加从而导致膜的不均匀；此外，各方法所制备的光子晶体膜的面积普遍在1～5cm²的范围内，面积较小。

气—液界面自组装方法由于其软界面的特性，可以显著减少组装过程中的“咖啡环”效应，因此逐渐被应用于高质量光子晶体的制备。但考虑到光子晶体膜在软界面上的较大流动性，从界面上直接取出光子晶体膜变得困难。张淑芳等利用聚合物微球在略高于玻璃化转变温度下发生粘连的特性制得了能自支撑的水写变色光子晶体膜，但由于纳米微球的彼此粘连使得所构成的三维有序光子晶体的折射率差为零，最终得到的是无色透明薄膜，无法满足有结构色始终保持要求的薄膜需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种大面积高亮度的光子晶体膜及其制备方法，制备的光子晶体膜不但面积大，且具有稳定保持的结构色。

一种大面积高亮度的光子晶体膜的制备方法，包括：

步骤1，将单分散纳米微球分散于溶剂中，得到纳米微球乳液备用；

步骤2，将基底水平置于样品盒底部，将所述纳米微球乳液灌入样品盒中；

步骤3，加热使所述样品盒中溶剂蒸干，得到大面积高亮度的光子晶体膜，加热温度能使纳米微球在气—液界面自组装但低于纳米微球的玻璃化温度。

优选的，步骤1中，纳米微球乳液的制备具体为：常温常压下，将单分散纳米微球分散于溶剂中，得到纳米微球乳液A；将所述纳米微球乳液A先用超声波处理再离心，取离心后的上层清液作为纳米微球乳液备用。

优选的，步骤1中，所述的纳米微球为聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)微球或二氧化硅微球。

进一步的，步骤1中，纳米微球为聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)微球时，溶剂为水；纳米微球为二氧化硅微球时，溶剂为乙醇。

优选的，纳米微球的粒径范围在150nm～300nm。

优选的，步骤2中，基底为玻璃基片，样品盒为玻璃盒；玻璃基片和玻璃盒使用前进行处理：洗涤、浸泡并用超声波清洗；超声波清洗后的玻璃基片浸泡在配置好的piranha溶液中加热处理；