一种紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开的一种紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜及其制备方法，属于光子晶体结构色薄膜制备技术领域。本发明专利技术方法以粒径为200±5nm的有机微球聚苯乙烯(PS)为模板，在其表面首先修饰-NH2，然后利用改进的法在其表面包覆一层均匀的氧化硅层，最后通过自组装在玻璃基板表面形成蛋白石结构的光子晶体结构，再通过还原气氛保护下的煅烧将PS微球碳化，由于碳化的PS微球所生成的黑色物质存在于每个空心氧化硅壳层内部从而吸收大部分非相干散射光，获得一种具有高饱和度氧化硅空心球组装而成的紫色光子晶体结构色薄膜该方法过程简单，原料易得将在显示，印刷，涂料，化妆品，光子晶体等方面有广泛应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光子晶体结构色薄膜制备
，具体涉及一种紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜及其制备方法。
技术介绍
结构色是由物体的微观结构与可见光发生干涉、散射或者衍射等现象而显色的，这是一种物理呈色，其具有颜色鲜艳、永不褪色、环境友好、制备周期短等优点。其中通过胶体微球的有序自组装法，形成的高低折射率交替变化的蛋白石光子晶体，也具有光子带隙特征，当入射光频率落在带隙范围内时，该入射光将不能通过该光子晶体，这些不能继续传播的可见光会被光子晶体反射，最后在具有周期性结构的光子晶体表面形成相干衍射，而产生绚丽多彩的结构色。通过对自然界中和人工制备结构色的研究，目前已在显示、装饰、防伪等领域有很好的应用。近些年，空心球组装成的光子晶体受到研究者的广泛，如Deng在SynthesisofMonodispersePolystyreneVinyl-SiO2Core-ShellParticlesandHollowSiO2Spheres中提出来一种氧化硅空心球光子晶体结构色薄膜的制备方法，主要是通过PSSiO2核壳结构微球在基板上的自组装，然后在空气下吨少去除有机物核的技术在玻璃基板表面组装获得的，该光子晶体结构色有较好的结构。然而，氧化硅空心球组装的光子晶体由于壳层较薄，导致了有效折射率调制较小，从而空心氧化硅组装而成的光子晶体具有反射强度较小。这将会严重限制空心球光子晶体在结构色方面的应用。
技术实现思路
r>本专利技术的目的在于提供一种紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜及其制备方法，该方法简单易行，对环境无污染，制得的紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜颜色饱和度高、不易褪色。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜的制备方法，包括以下步骤：1)将粒径为200±5nm的聚苯乙烯微球粉体超声分散于乙醇和去离子水的混合液中，然后加入氨水，充分混匀后向混合体系中加入硅源，搅拌反应后，离心取沉淀，沉淀经洗涤、干燥，制得PSSiO2核壳结构微球；2)将PSSiO2核壳结构微球分散于无水乙醇中，制得含有SiO2微球的乳浊液；3)将玻璃基片垂直浸入含有SiO2微球的乳浊液中，于40～50℃下干燥至含有SiO2微球的乳浊液中的无水乙醇完全挥发后，在玻璃基片表面制得核壳结构光子晶体薄膜；4)将核壳结构光子晶体薄膜在500～600℃还原气氛下煅烧1～4小时，制得高色彩饱和度紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜。步骤1)中聚苯乙烯微球粉体、乙醇及去离子水的用量比为0.03g：(25～40)mL：(1～3)mL。每30～45mL乙醇和去离子水的混合液中加入0.3～0.5mL质量分数为30％的氨水。步骤1)所述硅源是向混合体系中加入正硅酸乙酯，加入量为每0.03g聚苯乙烯微球粉体加入150～200μL正硅酸乙酯。步骤1)加入氨水后的充分混匀是在室温下采用磁力搅拌30～60min；加入硅源后的搅拌反应是在室温下磁力搅拌7～10h。步骤1)所述的离心是在4000～8000r/min下进行，离心时间为3-6min。步骤1)所述对沉淀的洗涤是将沉淀先经过去离子水洗2～4次，再经过无水乙醇清洗2～4次。步骤2)中PSSiO2核壳结构微球与无水乙醇的用量比为(0.1～0.25)g：10mL。玻璃基片在使用前经过清洗：先在质量浓度为30％的双氧水溶液里浸泡10h，再用去离子水和无水乙醇各清洗2～3次。本专利技术还公开了采用上述方法制得的紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开的紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜的制备方法，首先以粒径为200±5nm的有机聚苯乙烯(PS)微球粉体为模板，在其表面首先修饰-NH2，然后利用改进的法在其表面包覆一层均匀的氧化硅层，然后通过自组装在玻璃基片表面形成蛋白石结构的光子晶体结构，再通过还原气氛保护下的煅烧将PS微球碳化，由于碳化的PS微球所生成的黑色物质存在于每个空心氧化硅壳层内部，从而吸收大部分非相干散射光，部分碳化的PS存在于空心球内部，大大提高空心球颜色饱和度，从而解决了空心球组装成光子晶体颜色可见度低的缺点，获得一种具有高饱和度氧化硅空心球组装而成的紫色光子晶体结构色薄膜。本专利技术工艺过程简单易行，对环境无污染，能大规模工业生产，具有广阔的应用前景。经本专利技术制得的紫色薄膜颜色亮丽、饱和度高、不易褪色，解决了化学有机物颜料易褪色，对人体有害的缺点。附图说明图1为实施例1所得具有紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜的光学显微镜照片；图2为实施例1所得空心氧化硅微球的透射照片。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。实施例1一种紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚苯乙烯(PS)微球粉体、乙醇及去离子水按照0.03g:30mL:1mL的用量比，称取粒径为200±5nm的PS微球粉体超声分散于无水乙醇和去离子水的混合液中，分散完全后，按照每30mL混合液加入0.3mL氨水的比例，向混合液中加入氨水，室温下磁力搅拌混合30min，再向反应体系中快速加入150μL正硅酸乙酯作为硅源，室温下磁力搅拌反应8h后经过洗涤、离心、干燥，即可得到PSSiO2核壳结构微球。(2)准确称量步骤(1)得到PSSiO2核壳结构微球0.1g，超声分散于10ml无水乙醇中，制得含有SiO2微球的乳浊液，并在40℃烘箱中利用垂直沉积法在玻璃基片上镀膜。(3)将制备的核壳结构光子晶体薄膜在500℃还原气氛下煅烧1h，有机微球碳化，即可得到既有高色彩饱和度的紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜。参见图1，从图1中可以看出煅烧之后的结构色单元呈现出具有高饱和度的紫色，颜色亮丽。参见图2，从图2中可以看出利用该方法制备得到的空心氧化硅微球具有均一的粒径，并且处于的高度分散的状态，有利于自组装过程的进行；从图中可以看出，煅烧过后，有机层已经被去除，空心氧化硅球成功制得。实施例2一种紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚苯乙烯(PS)微球粉体、乙醇及去离子水按照0.03g:35mL:2mL的用量比，称取粒径为200±5nm的PS微球粉体超声分散于无水乙醇和去离子水的混合液中，分散完全后，按照每35mL混合液加入0.4mL本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将粒径为200±5nm的聚苯乙烯微球粉体超声分散于乙醇和去离子水的混合液中，然后加入氨水，充分混匀后向混合体系中加入硅源，搅拌反应后，离心取沉淀，沉淀经洗涤、干燥，制得PS@SiO2核壳结构微球；2)将PS@SiO2核壳结构微球分散于无水乙醇中，制得含有SiO2微球的乳浊液；3)将玻璃基片垂直浸入含有SiO2微球的乳浊液中，于40～50℃下干燥至含有SiO2微球的乳浊液中的无水乙醇完全挥发后，在玻璃基片表面制得核壳结构光子晶体薄膜；4)将核壳结构光子晶体薄膜在500～600℃还原气氛下煅烧1～4小时，制得紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜的制备方法，其特征在于，
包括以下步骤：
1)将粒径为200±5nm的聚苯乙烯微球粉体超声分散于乙醇和去离子水的
混合液中，然后加入氨水，充分混匀后向混合体系中加入硅源，搅拌反应后，
离心取沉淀，沉淀经洗涤、干燥，制得PSSiO2核壳结构微球；
2)将PSSiO2核壳结构微球分散于无水乙醇中，制得含有SiO2微球的乳
浊液；
3)将玻璃基片垂直浸入含有SiO2微球的乳浊液中，于40～50℃下干燥至
含有SiO2微球的乳浊液中的无水乙醇完全挥发后，在玻璃基片表面制得核壳
结构光子晶体薄膜；
4)将核壳结构光子晶体薄膜在500～600℃还原气氛下煅烧1～4小时，制
得紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜。
2.根据权利要求1所述的紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜的制备方
法，其特征在于，步骤1)中聚苯乙烯微球粉体、乙醇及去离子水的用量比为
0.03g：(25～40)mL：(1～3)mL。
3.根据权利要求1所述的紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜的制备方
法，其特征在于，每30～45mL乙醇和去离子水的混合液中加入0.3～0.5mL质
量分数为30％的氨水。
4.根据权利要求1所述的紫色空心氧化硅光子晶体结构色薄膜的制备方
法，其特征在于，步骤1)所述硅源是向混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芬，张欣，盖言成，林营，王毅，朱建锋，杨海波，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61