本发明专利技术公开一种具有光子带隙调制光限幅及防伪性能的蛋白石结构或反蛋白石结构碳点光子晶体的制备方法及应用。所述方法为以聚苯乙烯微球为原料采用竖直沉积法组装光子晶体模板，再采用牺牲模板法制备反蛋白石结构的碳点光子晶体；或者是在合成二氧化硅微球的过程中加入碳点溶液，制备出不同粒径的含有碳点的二氧化硅微球，再采用竖直沉积法组装成蛋白石结构的碳点光子晶体。本发明专利技术得到的碳点光子晶体根据带隙的不同对激光具有很好的光限幅调制行为。同时利用光刻模板使制备的碳点光晶图案化，结合其在不同激发光下发出不同颜色荧光的特性，可用于防伪图案方面。本发明专利技术方法操作简单、成本低廉、适合大规模的制备具有特殊功能性的碳点光晶。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功能性蛋白石结构或反蛋白石结构碳点光子晶体制备。更具体地，涉及一种有光子带隙调制光限幅及防伪性能的蛋白石结构或反蛋白石结构碳点光子晶体的制备方法及应用。
技术介绍
近年来，随着人们对碳材料微观尺寸和表面修饰的调控，制备出了一种新型的碳发光材料，即碳点。碳点主要分为石墨烯量子点、碳纳米点和聚合物点。不同组成形式的碳点实际应该略有差别。但是总体来说，碳点具有以下共同的优良性质。碳点制备方法简单，原料易得，从而使生产成本大大降低。碳点不仅具有优良的发光性质，还具有独特的双光子吸收和上转换荧光的能力。其具有良好的生物相容性和低毒性，结合其良好的发光性质可以应用在生物细胞成像。以石墨烯量子点为组成的碳点，由于石墨烯的反饱和吸收特性，因而具有光限幅的行为，可以很好的应用在激光防护材料领域。总体来说，碳点在能源相关器件、环境相关应用、生物相关领域以及复合材料相关领域。光子晶体是指介电常数(折射率)不同的材料在空间周期性排列构成的。光子晶体最本质的特征是光子禁带和光子局域。光子禁带可以控制光在其中的传播，而且缺陷态的引入可以影响光子禁带的性质，是光电集成、光子集成、光通信的一种关键性基础材料。目前光子晶体的应用主要在光子晶体光纤、光子晶体激光器、光子晶体发光二极管和光子晶体高性能反射镜。将碳点和光子晶体结合，使碳点由之前的液态转变成了具有了周期性结构的固态，更有利于后处理。不同的周期性结构具有不同的光子带隙。碳点作为一种光电材料，具有光子带隙后就具有了调控光的性质。将碳点和光子晶体结合制备出不同带隙的碳点光子晶体，不仅很好的继承了碳点原有的优良性质，同时通过光子晶体带隙的调控，使碳点光子晶体表现出相较于碳点更加优良的性质，如荧光性能的增强，增强光电化学过程中的电子转移效率等。目前，已有的碳点光子晶体研究中，NanFeng等人利用碳点光子晶体表面涂上BiVO4来增强光电化学反应中氢气量的产生；FanYueqiong等人利用碳点光子晶体为牺牲模板，促进金增强表面拉曼散射。但是，目前还未有将碳点和光子晶体结合来制备具有光子带隙调制光限幅性能以及防伪性能材料的相关报道。因此，需要提供一种具有光子带隙调制光限幅及防伪性能的蛋白石结构或反蛋白石结构碳点光子晶体的制备方法及应用。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种具有光子带隙调制光限幅及防伪性能的蛋白石结构或反蛋白石结构碳点光子晶体的制备方法。本专利技术的另一个目的在于提供一种具有光子带隙调制光限幅及防伪性能的蛋白石结构或反蛋白石结构碳点光子晶体的应用。本专利技术结合碳点和光子晶体的性质，制备了具有光子带隙调制光限幅及防伪性能的蛋白石结构或反蛋白石结构的碳点光子晶体。即通过不同带隙的碳点光子晶体实现了对其光限幅行为的调控从而使其可以作为不同用途的激光防护材料。并且在碳点光子晶体制备过程中通过微加工的手段将其图案化，利用其在不同激发光下显示不同颜色的特性，可以很好的应用在防伪图案领域。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种具有光子带隙调制光限幅及防伪性能的蛋白石结构或反蛋白石结构碳点光子晶体的制备方法，所述制备方法为以聚苯乙烯微球为原料采用竖直沉积法组装光子晶体模板，然后采用牺牲模板法制备反蛋白石结构的碳点光子晶体；或者是在合成二氧化硅微球的过程中加入碳点溶液，制备出不同粒径的含有碳点的二氧化硅微球，然后采用竖直沉积法组装成蛋白石结构的碳点光子晶体。优选地，所述聚苯乙烯微球具有核壳结构，以聚苯乙烯为核，以聚(丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯)为壳。具有软壳硬核的微球在组装过程中，更有利于紧密的排列，从而形成质量更好的光子晶体膜。否则，光子晶体膜排列的不紧密，从而影响反蛋白石结构碳点光子晶体的制备质量。优选地，所述聚苯乙烯微球的粒径范围为150-300nm。利用该粒径范围的聚苯乙烯微球，可以组装成可见光范围内不同带隙的光子晶体膜，从而制备不同带隙的反蛋白石结构碳点光子晶体。微球的粒径过大或是过小，不仅难于组装，也会造成组装的光子晶体膜的带隙不合适。优选地，所述核壳结构的聚苯乙烯微球的制备主要采取乳液聚合的方法，具体制备方法为：80-100体积份水中加入0.8-1.2质量份的甲基丙烯酸甲酯，0.8-1.2质量份的丙烯酸和17-21质量份的苯乙烯，随后加入乳化剂十二烷基苯磺酸钠0-0.004质量份(其浓度低于临界胶束浓度)和缓冲剂碳酸氢钠0.5-0.55质量份得到反应液；将反应液保持60-80℃0.5-2小时，然后加入0.45-0.5质量份的过硫酸铵水溶液，连续搅拌条件下于70-90℃反应10-15h，即可制备得到具有核壳结构的聚苯乙烯微球。优选地，所述反蛋白石结构的碳点光子晶体的制备方法，包括如下具体步骤：1)将聚苯乙烯微球通过竖直沉积法在恒温恒湿箱中组装成光子晶体模板；2)将光子晶体模板用等离子体技术处理20-120s；3)将碳点溶液均匀滴加到光子晶体模板表面；所述碳点溶液的体积百分比为20-80％；所述碳点溶液中的溶剂为乙醇或者乙酸乙酯。4)将滴加碳点溶液后的光子晶体模板放置在冰箱冷藏室1-6h；5)之后放置于50-80℃的烘箱中8-30h；6)用四氢呋喃浸泡溶解光子晶体模板，得到不同带隙的反蛋白石结构的碳点光子晶体。优选地，步骤1)中，竖直沉积法组装光子晶体膜的具体过称为：将聚苯乙烯乳液加水稀释到半透明，然后将超亲水固体基材竖直放置于聚苯乙烯乳液中，20-80℃下恒温，20-80％湿度下恒湿，至乳液完全蒸发，聚苯乙烯微球即可在固体基材表面自组装成光子晶体膜。优选地，所述超亲水固体基材是指水与固体基材表面的接触角小于10°的固体基材；所述固体基材选自普通玻璃、石英片或者硅片。利用超亲水固体基材，有利于聚苯乙烯微球在其表面组装成高质量的光子晶体膜。从而有利于反蛋白石结构碳点光子晶体的制备。优选地，步骤3)中，碳点溶液要充分的渗透到光子晶体模板中，以确保反蛋白石结构碳点光子晶体的形成。优选地，碳点溶液浓度不能过大，通常采用纯碳点和乙醇体积比1:1。优选地，所制备的碳点光子晶体厚度要薄，使激光可以透过。进一步地，在将碳点溶液均匀滴加到光子晶体模板表面之前，将硅柱模板加在光子晶体模板表面，然后再将碳点溶液均匀滴加到硅柱模板和光子晶体模板之间的缝隙中，即可制备图案化的反蛋白石结构的碳点光子晶体；所述硅柱模板凸出来的部分经过疏水处理，凹进去的部分经过亲水处理。在制备反蛋白碳点光子晶体的过程中，用以掩模板做出的亲疏水处理过的硅柱为模板，将制备的碳点光子晶体图案化。之后分别用375、480和560nm的光激发，可以使其发出不同颜色的荧光。优选地，所述含有碳点的二氧化硅微球的具体制备方法为：将含有3-10质量份的水和0.5-2质量份的氨的乙醇溶液加到反应器中，保持20-30℃并搅拌；含有正硅酸乙酯的乙醇溶液和碳点溶液加入到上述反应器中，同时保持在整个体系中正硅酸乙酯的浓度为0.2-0.25mol/L；搅拌2-3小时，离心洗涤即得到含有碳本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有光子带隙调制光限幅及防伪性能的蛋白石结构或反蛋白石结构碳点光子晶体的制备方法，其特征在于：所述制备方法为以聚苯乙烯微球为原料采用竖直沉积法组装光子晶体模板，然后采用牺牲模板法制备反蛋白石结构的碳点光子晶体；或者是在合成二氧化硅微球的过程中加入碳点溶液，制备出不同粒径的含有碳点的二氧化硅微球，然后采用竖直沉积法组装成蛋白石结构的碳点光子晶体。
【技术特征摘要】
1.一种具有光子带隙调制光限幅及防伪性能的蛋白石结构或反蛋白石结
构碳点光子晶体的制备方法，其特征在于：
所述制备方法为以聚苯乙烯微球为原料采用竖直沉积法组装光子晶体模
板，然后采用牺牲模板法制备反蛋白石结构的碳点光子晶体；
或者是在合成二氧化硅微球的过程中加入碳点溶液，制备出不同粒径的
含有碳点的二氧化硅微球，然后采用竖直沉积法组装成蛋白石结构的碳点光
子晶体。
2.根据权利要求1所述的一种具有光子带隙调制光限幅及防伪性能的蛋
白石结构或反蛋白石结构碳点光子晶体的制备方法，其特征在于：所述聚苯
乙烯微球具有核壳结构，以聚苯乙烯为核，以聚(丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯)
为壳。
3.根据权利要求2所述的一种具有光子带隙调制光限幅及防伪性能的蛋
白石结构或反蛋白石结构碳点光子晶体的制备方法，其特征在于：所述聚苯
乙烯微球的粒径范围为150-300nm。
4.根据权利要求2或3所述的一种具有光子带隙调制光限幅及防伪性能
的蛋白石结构或反蛋白石结构碳点光子晶体的制备方法，其特征在于：所述
核壳结构的聚苯乙烯微球的具体制备方法为：
80-100质量份水中加入0.8-1.2质量份的甲基丙烯酸甲酯，0.8-1.2质量份
的丙烯酸和17-21质量份的苯乙烯，随后加入乳化剂十二烷基苯磺酸钠0-0.004
质量份，和缓冲剂碳酸氢钠0.5-0.55质量份得到反应液；将反应液保持
60-80℃0.5-2小时，然后加入0.45-0.5质量份的过硫酸铵水溶液，连续搅拌条
件下于70-90℃反应10-15h，即可制备得到具有核壳结构的聚苯乙烯微球。
5.根据权利要求1所述的一种具有光子带隙调制光限幅及防伪性能的蛋
白石结构或反蛋白石结构碳点光子晶体的制备方法，其特征在于：所述反蛋
白石结构的碳点光子晶体的制备方法，包括如下具体步骤：
1)将聚苯乙烯微球通过竖直沉积法在恒温恒湿箱中组装成光子晶体模
板；
2)将光子晶体模板用等离子体技术处理20-120s；
3)将碳点溶液均匀滴加到光子晶体模板表面；所述碳点溶液的体积百分
比为20-80％；所述碳点溶液中的溶剂为乙醇或者乙酸乙酯。
4)将滴加碳点溶...
【专利技术属性】
技术研发人员：王京霞，刘俊超，江雷，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。