[发明专利]一种具有二维反蛋白石结构的多孔PDMS薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有二维反蛋白石结构的多孔PDMS薄膜及其制备方法，制备方法包括以下步骤：将单分散的聚苯乙烯PS微球通过自组装排布的方法形成有序的三维周期性结构即胶体晶体的薄膜，再将制得的薄膜浸入乙醇中，取出，干燥，退火，将硅油和PDMS预聚物的混合物涂覆于PS自组装薄膜表面，再将PDMS预聚物旋涂覆于该薄膜上，固化，去除聚苯乙烯PS微球，制得具有二维反蛋白石结构的多孔PDMS薄膜。本发明提供了一种以固体基底上多层聚苯乙烯胶粒晶体为模板，制备二维反蛋白石结构薄膜的方法，提升二维反蛋白石结构薄膜的成膜质量。该制备方法工艺简单、成本廉价，省去单层聚苯乙烯胶粒晶体的转移工序，克服了现有技术中因单层聚苯乙烯微球转移而产生缺陷及引入杂质的问题。获得的具有二维反蛋白石结构的多孔PDMS薄膜具有独特的光学效应，可应用于智能显示、交通安全反光设施、防伪标签、结构色涂层和装饰等领域。

技术领域

本发明涉及一种PDMS薄膜及其制备方法和应用，尤其涉及一种具有二维反蛋白石结构的多孔PDMS薄膜及其制备方法和在智能显示、交通安全反光设施、防伪标签、结构色涂层和装饰领域的应用。

背景技术

色素色在使用过程中面临着变色、褪色等颜色发生变化的问题，这是因为颜料在环境因素作用下发生了物理或化学变化。而对于结构色而言，只要微观结构保持完整就能达到永不褪色的效果，引起了科研工作者越来越广泛的关注。一般来说，结构色是由于光入射到某种特殊的微纳结构发生特殊的传播方式(干涉、衍射和散射等)而产生的各种颜色。与传统基于染料/颜料的着色剂产生的化学色相比，结构色具有成本效益高、环境友好、高保真度、稳定性、多样的光学响应和可持续性等显著优点。鉴于结构色的诸多优点和越来越深入的研究，结构色已经被应用于越来越多的领域，如：涂料、传感、显示技术和安全。薄膜干涉、衍射光栅、光散射、光子晶体、表面等离激元共振等是产生结构色的主要形式。其中，光子晶体有周期性变化的介电常数，可以影响光子的传播，在许多功能领域具有广泛的应用。光子带隙由晶格常数、有效折射率对比度和填充因子决定。如果将具有足够高的折射率对比度的材料和在所需光谱范围内具有低吸收率的材料结合使用，则位于光子带隙内的光波将从光子晶体反射而不发生吸收。光子晶体的反射或衍射遵循布拉格定律。二维光子晶体在可加工性方面和传播特性方面具备一定的优势，越来越受到研究人员的广泛关注。二维蛋白石结构/平面光栅可以通过多种方法设计和制备，包括复杂且昂贵的全息光刻技术，以及通过二氧化硅或不同聚合物的胶体球的自组装制备的人工蛋白石结构。后者的优点是成本低。但是受自然缺陷的限制，在某些情况下会产生一定程度的无序。人工蛋白石结构也可以作为模板制备反蛋白石结构。反蛋白石是一种有序的多孔材料，它是通过将某种材料的前驱体渗透到蛋白石结构中，然后将球体去除而形成的。如果使用足够高折射率的材料，反蛋白石结构可望实现完全光子带隙。研究人员对胶体自组装制备人工蛋白石结构以及相应的反蛋白石结构的方法的兴趣正不断增长。

现有技术中，在制备二维反蛋白石结构材料时，通常以单层聚苯乙烯胶粒晶体为模板：一定温度下，一定质量比乙醇和水作为分散介质的悬浮液气-液界面处，自组装出单层聚苯乙烯胶粒晶体，再将气-液界面处的单层聚苯乙烯胶粒晶体转移到固体基底上，将前驱体溶液填充到胶体晶体模板微球的间隙中并固化，去除单层聚苯乙烯胶体晶体模板得到二维反蛋白石结构。然而，在该过程中，易引入污染物及杂质，破坏有序结构。这些都会影响后续二维反蛋白石结构的结构与性能，因此开发简便无损无污染的大规模无缺陷有序的二维反蛋白石结构薄膜制备方法具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，省去单层聚苯乙烯胶粒晶体的转移工序，避免单层聚苯乙烯微球由于转移而产生缺陷及引入杂质的现象。提供一种以固体基底上多层聚苯乙烯胶粒晶体为模板，制备二维反蛋白石结构薄膜的方法，提升二维反蛋白石结构薄膜的成膜质量。

本发明首次以多层聚苯乙烯胶体晶体为模板，提出一种具有二维反蛋白石结构的多孔PDMS薄膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：