[发明专利]一种基于光子晶体结构的力致变色材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于光子晶体的力致变色材料及其制备方法。该力致变色材料包括光子晶体功能层和弹性基材层，在外力导致的材料拉伸或收缩时迅速发生颜色变化，使得施加在材料上的应力和产生的应变实时可视。光子晶体功能层中的聚丙烯酸酯弹性体连续相采用了特定组成提高了光子晶体功能层和弹性基材层之间的剥离力。本发明可以通过改变聚合物微球结构来实现薄膜的光学性能和力学响应的变色特性，在产品包装领域，防伪领域，运动损伤修复领域以及压力传感器等方面有广泛的应用前景。本发明通过涂布和机械力规整化排列得到光子晶体结构，工艺简单，绿色环保，制备成本低，能够实现连续化、大规模生产。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种基于光子晶体结构的力致变色材料及其制备方法。

背景技术

力致变色材料是指在外界力作用下发生颜色改变的一类功能材料，其本质是通过外力影响微观结构，如通过外力扰动电子能级、通过外力引发相变和缺陷、通过外力诱导分子结构异构等，使化合物电子吸收光谱的位置和形状发生改变，从而发生颜色变化。因其在应力传感器、记忆芯片和防伪等领域的应用前景，力致变色材料近年来受到越来越多的关注。在防伪领域，传统的压敏油墨是一种包含微胶囊包覆型染料的材料，在压力或摩擦力下，微胶囊破裂，染料显露出颜色，通常为无色变有色。在应力传感器领域，通常是通过喷涂或掺杂的方法将力致变色染料施加到材料表面，通过颜色的变化可以判断材料的变形或破坏情况。

现有技术中，美国专利申请US20210221978A1公开了一种含有力致变色染料的聚烯烃树脂薄膜，其中力致变色染料选自于具有聚集诱导发光特性的双(苯并恶唑基)芪、苝双酰亚胺衍生物和(对亚苯基-亚乙烯基)的氰基取代的低聚物，通过调节力致变色染料的含量可以调节所得薄膜的拉伸变色性能。中国专利CN103922915B公开了一种具有压致变色性质的双芘类化合物，通过旋涂的方式，得到高灵敏的压致变色特性的薄膜。这些现有的变色技术虽然能在外力作用下改变材料颜色，但仍存在以下问题：1)由于变色染料种类固定，颜色变化范围较小，只能实现某些特定颜色之间的转变，存在着力响应性差以及变色不灵敏的缺点，使得其应用受到一定的限制。2)变色染料通常是咪唑的衍生物、吡咯的衍生物、二蒽酮的衍生物等，合成过程复杂，制备周期长，产品毒性大。因此，在本领域需要一种新型力致变色材料，以及制备技术的突破，拓展其实际应用范围。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种基于光子晶体结构的力致变色材料，该材料能够实现全光谱连续变色，而且材料层间粘结力高，不易剥离脱落。本发明的第二目的是提供该力致变色材料的制备方法，该制备方法具有步骤简单，能够实现连续化、规模化生产的优点。

为实现本发明的第一目的，本发明提供了一种基于光子晶体结构的力致变色材料，其包括弹性基材层以及设置在弹性基材层上的光子晶体功能层，光子晶体功能层包括聚丙烯酸酯弹性体以及三维有序地分散在聚丙烯酸酯弹性体中的纳米微球，聚丙烯酸酯弹性体包括以下重量份的原料：40～80重量份的第一(甲基)丙烯酸酯单体，该第一(甲基)丙烯酸酯单体是由(甲基)丙烯酸和烃基碳原子数为2～12的烃基醇或其衍生物缩合形成的(甲基)丙烯酸酯；5～20重量份的第二(甲基)丙烯酸酯单体，该第二(甲基)丙烯酸酯单体含有羟基；大于0重量份且小于等于10重量份的丙烯酸酯低聚物。