一种空心光子晶体结构色釉彩的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种空心光子晶体结构色釉彩的制备方法。本发明专利技术以单分散性聚苯乙烯乳胶球为主体，通过涂布工艺获得排列规律的三维光子晶体结构涂层，然后通过以无机材料和有机耐高温材料为主的填充材料对三维光子晶体的球间缝隙进行填充，填充后的光子晶体涂层经350

【技术实现步骤摘要】
一种空心光子晶体结构色釉彩的制备方法


[0001]本专利技术属于陶瓷釉彩制备
，具体涉及一种空心光子晶体结构色釉彩的制备方法。

技术介绍

[0002]光子晶体是指介电常数（或折射率）不同的材料在空间中周期性排列，形成的一种光子禁带效应。大自然中具有光子晶体结构的蛋白石、蝴蝶翅膀、孔雀羽毛等都具有绚丽的色彩，因此，通过人为合成光子晶体材料，构建一维、二维或三维光子晶体结构，就能获得光子晶体结构色彩。现有专利制作的光子晶体主要适用于300℃以下的制备和耐受温度，针对以高温烧结稳定的光子晶体陶瓷制备方法则鲜有报道。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种易于实现、可批量化的基于反蛋白石结构的空心光子晶体结构色釉彩的制备方法。制作后的釉彩随观测角度会存在结构色颜色和深浅的变化。本专利技术的制作简单，便于大规模批量化的生产制造，烧结后的釉彩，因其为反蛋白石光子晶体结构，表现出的颜色具备随角度变化的特点，且具有明显的金属光泽，因此，对于陶瓷的釉上彩的应用市场，具有很好的前景。
[0004]所述的空心光子晶体结构色釉彩的制备方法为：（1）使用单分散性的聚苯乙烯乳液在玻璃、金属、或陶胚的表面进行涂布，室温下自然晾至表干，然后在80℃下热烘30min，热烘后得到聚苯乙烯光子晶体涂层；（2）使用纳米级的无机材料和流动态的有机材料进行共混搅拌，同时，加入溶剂进一步降低体系粘度，搅拌2
‑
10h后得到无机和有机复合的填充材料；（3）将步骤（2）制备的填充材料涂覆于步骤（1）中制备的聚苯乙烯光子晶体涂层表面，经2
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30min的渗透及干燥后，放入50
‑
80℃的烘箱中热烘1h后取出；（4）将步骤（3）得到的样品放入马弗炉中，以1
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5℃/min的升温速度进行加热，升至350
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450℃时，保温1
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3h，然后继续以1
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5℃/min的升温速度升至500
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1500℃，保温1
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2h，之后冷却至室温，获得具有光子晶体结构的样品。
[0005]步骤（1）所述的单分散性聚苯乙烯乳液的粒径为150
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800nm，单分散性指数≤0.05，固含量为5
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55wt%。
[0006]步骤（1）所述的热烘后的光子晶体涂层的厚度为2
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150um；优选5
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25um。
[0007]步骤（2）所述的纳米级的无机材料选自二氧化钛、二氧化硅、氧化锌，氧化铝、珍珠粉、珠光粉、玻璃粉、透明釉中的一种或几种。
[0008]步骤（2）所述的有机材料选自酚醛树脂、有机硅树脂、环氧树脂、聚硅氧烷、聚硅氮烷的一种或几种。
[0009]步骤（2）所述的无机材料和有机材料的质量比为0.05
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1∶1。
[0010]步骤（4）所述的马弗炉的加热环境为空气、氩气、氨气或氮气氛围，优选氮气氛围。
[0011]在步骤（1）中，制备的光子晶体涂层的方法为涂布法，也可以使用垂直提拉法、真空沉积法、喷墨打印、喷涂、点胶等加工手段。
[0012]纳米无机颗粒的粒径D90优选100nm以下，最优为50nm以下。
[0013]上述技术方案中，步骤（3）所述的有机无机复合材料的填充方法，不限于直接涂布法，也可以通过浸泡提拉、点胶法、喷涂、喷墨、淋涂等多种手段实现。经步骤（3）后得到的样品透明度会进一步提供，倾向于透明或半透明效果。
[0014]在高温烧结时，PS小球完全被分解气化，形成空气小球，同时，填充的耐高温有机无机复合材料则作为结构主体得到了保留。根据光子晶体的禁带理论，本专利技术最后得到的反蛋白石结构中，空气折光指数约为1左右，而有机无机填充材料的折光指数按有机材料和无机材料的体积占比可以进行计算，两者的折光指数差异值较大，使光子禁带效应进一步增强，从而表现出更漂亮的结构色彩。
[0015]本专利技术以一步法合成的聚苯乙烯乳液为基础，通过复合材料整体填充光子晶体涂层中的缝隙，制备了可用于高温烧结的结构色釉彩，烧结后获得了以空气球和填充材料为主体的反蛋白石光子晶体结构，实现了光子晶体结构色彩的呈现效果。由于烧结后的空气小球折射率约1左右，与有机无机复合材料的折射率有较大的差异，因此能获得较大的光子禁带强度，使烧结后的反蛋白石结构釉彩具有绚丽的结构色彩，同时，基于空气小球排列时呈现的短程有序和长程有序的结构特点，使其结构色彩具有明显的角度依赖性（结构色随角度变化时其颜色也会变化）。因此，本专利技术作为一种流程简单，易于实现的制备手段，对于现有的陶瓷釉彩技术具有较好补充，具有很好的应用前景。
附图说明
[0016]图1烧结后的蓝色空心光子晶体釉彩的SEM（扫描电镜）图片。
具体实施方式实施例1
[0017]使用290nm单分散性的聚苯乙烯乳液在玻璃表面进行涂布，室温下自然晾至表干，然后在80℃下热烘30min，热烘后得到一定厚度的聚苯乙烯光子晶体涂层；使用纳米级二氧化硅（30nm）和流动态的有机硅树脂按质量比1∶1的比例进行共混搅拌，同时，加入乙醇溶液进一步降低体系粘度，搅拌6h后得到无机和有机复合的填充材料；在制备的PS光子晶体涂层表面，将填充材料涂覆于其表面，经30min的渗透及干燥后，放入80℃的烘箱中热烘1h后取出；然后，将样品放入马弗炉中，以3℃/min的升温速度进行加热，升至400℃时，保温1h，然后继续以3℃/min的升温速度升至500℃，保温1h，之后冷却至室温，获得具有蓝色光子晶体结构的样品。
实施例2
[0018]使用420nm单分散性的聚苯乙烯乳液在玻璃表面进行涂布，室温下自然晾至表干，
然后在80℃下热烘30min，热烘后得到一定厚度的聚苯乙烯光子晶体涂层；使用纳米级二氧化硅（20nm）和流动态的硅氧烷树脂按质量比0.5∶1的比例进行共混搅拌，同时，加入乙醇溶液进一步降低体系粘度，搅拌6h后得到无机和有机复合的填充材料；在制备的PS光子晶体涂层表面，将填充材料涂覆于其表面，经60min的渗透及干燥后，放入80℃的烘箱中热烘1h后取出；然后，将样品放入马弗炉中，以3℃/min的升温速度进行加热，升至400℃时，保温1h，然后继续以3℃/min的升温速度升至500℃，保温1h，之后冷却至室温，获得具有红色光子晶体结构的样品。
实施例3
[0019]使用353nm单分散性的聚苯乙烯乳液在玻璃表面进行涂布，室温下自然晾至表干，然后在80℃下热烘30min，热烘后得到一定厚度的聚苯乙烯光子晶体涂层；使用纳米级二氧化硅（10nm）和流动态的硅氮烷树脂按质量比0.5∶1的比例进行共混搅拌，同时，加入正己烷溶液进一步降低体系粘度，超声分散半小时后得到无机和有机复合的填充材料；在制备的PS光子晶体涂层表面，将填充材料涂覆于其表面，经30min的渗透及干燥后，放入80℃的烘箱中热烘1h后，烘箱升温至150℃烘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空心光子晶体结构色釉彩的制备方法，其特征在于，包含以下实施步骤：（1）使用单分散性的聚苯乙烯乳液在玻璃、金属、或陶胚的表面进行涂布，室温下自然晾至表干，然后在80℃下热烘30min，热烘后得到聚苯乙烯光子晶体涂层；（2）使用纳米级的无机材料和流动态的有机材料进行共混搅拌，同时，加入溶剂进一步降低体系粘度，搅拌2
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10h后得到无机和有机复合的填充材料；（3）将步骤（2）制备的填充材料涂覆于步骤（1）中制备的聚苯乙烯光子晶体涂层表面，经2
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30min的渗透及干燥后，放入50
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80℃的烘箱中热烘1h后取出；（4）将步骤（3）得到的样品放入马弗炉中，以1
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5℃/min的升温速度进行加热，升至350
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450℃时，保温1
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3h，然后继续以1
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5℃/min的升温速度升至500
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1500℃，保温1
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2h，之后冷却至室温，获得具有光子晶体结构的样品。2.根据权利要求1所述的空心光子晶体结构色釉彩的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明，吴为，苏萌，王旭朋，王茂轩，宋延林，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：