[发明专利]一种pH和温度双重刺激响应的结构色薄膜及其制备方法和在光学防伪中的应用

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，公开了一种pH和温度双重刺激响应的结构色薄膜及其制备方法和在光学防伪中的应用。该方法包括以下步骤：利用改良的法，在氨水的催化作用下，调节各因素制备具有不同粒径大小的单分散性二氧化硅胶体晶体微球；利用牺牲模板法，将甲基丙烯酸羟乙酯、聚合物单体A、聚合物单体B加入引发剂以及交联剂混合均匀得到预聚液，将预聚液填充至光子晶体模板中，光照诱导聚合，去除模板得到pH和温度双重刺激响应结构色薄膜。所得薄膜材料可以作为数字显示单元的构建块，形成数字显示编解码系统，具有较强的适用性并且制取简便，是一种低成本的双重防伪凝胶，可望作为先进的便携式光学防伪标签。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种pH和温度双重刺激响应的结构色薄膜及其制备方法和在光学防伪中的应用。

背景技术

假冒伪劣涉及一、二、三产业，渗透到社会经济生活各方面，从物质产品到消费产品和知识产品。因此，开发新型防伪材料和防伪技术，使真品更容易辨认并且更难以复制，具有非常重要的意义。而光子晶体材料在防伪领域的应用也引起众多学者的关注。

光子晶体是一种具有光子带隙特性的周期性电介质结构。当光子晶体带隙落于可见光范围内会展现出肉眼可见的颜色，称为结构色。光子晶体结构色具有色素不具有的高亮度、高饱和度、不褪色等特点与优势。其中，用水凝胶构筑的光子晶体可以在不同外界刺激下大幅度调节光子禁带的位置从而控制光的传播。其反蛋白石结构由于其具有多孔性有利于快速传感在水凝胶光子晶体应用中具有很大的优势。

目前，许多研究人员已经将光子晶体应用于防伪领域，例如：一种基于光子晶体材料结构色的编码系统，以不同颜色的光子晶体阵列以及其独特的角度依赖性作为编码单元(Journal of Materials Chemistry C,2017,5,4621-4628.)；一种用于防伪的双层异相结构仿生结构色薄膜，利用镜面反射与漫反射引起结构色的变化差异，实现图案的显示与隐藏(Langmuir,2020,36, 1379-1385)；一种具有结构色的中空二氧化硅/醋酸纤维素纳米复合薄膜，利用其独特的角度依赖性实现了纸币的防伪(Journal of Materials ChemistryC,2019,7(24):7411-7417)。

但是上述编码信息单一、加密程度较低的防伪图层，在某种程度上难以解决违法商家对产品进行技术仿制的问题，因此我们应该更重视多层次防伪与多重识别性能上的研究。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种pH和温度双重刺激响应的结构色薄膜的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的pH和温度双重刺激响应的结构色薄膜。

本发明的再一目的在于提供一种上述pH和温度双重刺激响应的结构色薄膜的应用；通过薄膜材料的pH、温度双重刺激响应性引起的结构色变化，研究数字图案在不同pH、温度条件下的显现与隐藏，结果表明，所制备的结构色薄膜具有较强的适用性并且制取简便，是一种低成本的双重防伪凝胶，可望作为先进的便携式光学防伪标签。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种pH和温度双重刺激响应的结构色薄膜的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)利用改良的合成法，在氨水的催化作用下，调节不同的反应条件制备得到具有不同粒径的单分散性二氧化硅胶体晶体微球，并采用垂直沉积法将其制备成光子晶体模板；

(2)利用牺牲模板法，将甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、聚合物单体A、聚合物单体B加入引发剂以及交联剂混合均匀得到预聚液，将预聚液填充至步骤(1)所得光子晶体模板中，光照诱导聚合，去除模板得到具有三维周期性排列结构的pH、温度双重刺激响应结构色薄膜。