[发明专利]一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法

说明书

本发明涉及一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，该方法包括以下步骤：S1、配制用于喷涂法结构生色的纳米微球组装液，S2、基材的表面改性：在基材表面涂覆特种高分子聚合物，加热固化成膜，得到表面带有特种高分子层的基材；S3、将纳米微球组装液注入墨斗中，在S2得到的带有特种高分子层的基材表面进行均匀喷涂；S4、将喷涂后的基材加热处理，完成纳米微球的组装、高分子层界面分子的活化和迁移、光子晶体的稳定固化，得到具有明显虹彩效应的光子晶体结构生色材料。

技术领域

本发明涉及一种光子晶体结构色膜，特别涉及一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，属于光子晶体材料及结构生色技术领域。

背景技术

光子晶体(PC)是由不同折光指数的物质在空间周期性排列而形成的一种晶体材料。光子晶体的主要特点是具有光子禁带，可以禁止在特定频率范围内的光传播，当光子晶体的光子禁带处于可见光波段时，禁带内的可见光被禁止传播，而被选择性反射，进而在周期性排列的光子晶体表面形成相干衍射，相长干涉的反射光刺激人眼，以致产生结构色效果。与一般的染料基于光的吸收产生颜色不同，光子晶体的生色是通过调节光衍射和散射的作用来产生源自物理结构的结构颜色，更环保，并且可以通过改变晶格间距或有效的折射率来调节结构色的颜色。光子晶体在着色涂层方面具有很大的应用潜力。

目前光子晶体常用的制备方法，如重力自组装、垂直自组装、旋涂法等耗时长、制备面积有限，限制了实际应用。喷涂法作为一种非接触式涂装法，具有均匀涂布，快速组装，大面积制备的优势，近年来，采用喷涂法制备光子晶体结构生色材料有众多文献报道。Zeng等人以聚丙烯酸酯(PA)胶粘剂、单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)(P(St-MMA-AA))胶体微球和炭黑(CB)为原料，采用一步喷涂法制备了具有无虹彩效应但结构稳定、耐洗、自愈合的超疏水织物，这种方法可以有效地提高织物的结构色牢度(Zeng Q,Ding C,LiQ,et al.Rapid fabrication of robust,washable,self-healing superhydrophobicfabrics with non-iridescent structural color by facile spray coating[J].RscAdvances,2017,7(14):8443-8452.)。Zhang等人提出将水性聚脲引入到聚硫化物微球(PSFMS)的非晶态结构中，制备了一种高稳定性高饱和度的无虹彩的结构色涂层(Li,F.；Tang,B.；Wu,S.；Zhang,S.Facile Synthesis of Monodispersed Polysulfide Spheresfor Building Structural Colors with High Color Visibility and Broad ViewingAngle.Small 2017,13,1602565.)。Li等人提出了以聚乙烯醇为添加剂的二氧化硅胶体纳米微球分散液的雾化沉积方法，可以在高度弯曲的表面上，实现非晶光子晶体的均匀制备。目前，采用喷涂法制备的光子晶体通常是短程有序、长程无序的非晶状结构，所产生的结构色不具有虹彩效应，不显示灵动多变的结构色特征(Li Q,Zhang Y,Shi L,et al.AdditiveMixing and Conformal Coating of Noniridescent Structural Colors with RobustMechanical Properties Fabricated by Atomization Deposition[J].Acs Nano,2018:acsnano.7b08259.)。这是由于在喷涂过程中，其形成的小液滴在落到基材上后，所含的溶剂挥发过快，使得纳米微球没有足够的时间进行排列组装，或是喷涂液中的纳米微球固含量过低，微球间的间距较大，需要较长的时间排列组装，而喷涂条件不足以匹配该所需组装时间而致。Ge等人通过将SiO₂微球分散在Pcb/EtOH溶剂中，以便快速形成预结晶形态的PC中间体，最后形成具有虹彩效应结构色的光子晶体(Wang C,Lin X,C G,etal.Spray Synthesis of Photonic Crystal Based Automotive Coatings with Brightand Angular-Dependent Structural Colors[J].Advanced Functional Materials,2021,31(9):2008601.)。然而其所用的二氧化硅微球制备过程复杂且产量较低，分散到有机溶剂中的操作过程繁琐，制备效率低，无法做到简单快捷高效地制备。该体系在溶剂相中加入了高沸点的添加剂碳酸丙烯酯(Pcb)，减缓了挥发时间，但在一定程度上影响最终组装后的结构色饱和度。