一種具有光催化效應的橙黃色光子晶體結構色薄膜的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光子晶體結構色薄膜制備技術領域，具體涉及一種具有光催化效應的 橙黃色光子晶體結構色薄膜的制備方法。
【背景技術】
[0002] 結構色是由物體的微觀結構與可見光發生干涉、散射或者衍射等現象而顯色的， 這是一種物理呈色，其具有顏色鮮艷、永不褪色、環境友好、制備周期短等優點。其中通過 膠體微球的有序自組裝法，形成的高低折射率交替變化的蛋白石光子晶體，也具有光子帶 隙特征，當入射光頻率落在帶隙范圍內時，該入射光將不能通過該光子晶體，這些不能繼續 傳播的可見光會被光子晶體反射，最后在具有周期性結構的光子晶體表面形成相干衍射， 而產生絢麗多彩的結構色。通過對自然界中和人工制備結構色的研宄，目前已在顯示、裝 飾、防偽等領域有很好的應用。如中國發明專利申請CN201310205537. 7公開了一種紅色光 子晶體結構色釉的制備方法，主要是通過二氧化硅微球的自組裝技術在陶瓷坯體表面獲得 的，該紅色光子晶體結構色有較好的呈色效果。然而，目前對光子晶體結構色薄膜的研宄僅 限于在不同顏色呈色效果的仿制和分析，對多功能性的光子晶體結構色材料，特別是對具 有光催化性能的光子晶體結構色薄膜研宄甚少。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種具有光催化效應的橙黃色光子晶體結構色薄膜的制 備方法，該方法操作簡單，對設備要求低，對環境無污染，適合工業化大規模生產，經該方法 制得的橙黃色光子晶體結構色薄膜顏色鮮艷，永不褪色，呈色效果和光催化性能優異。
[0004] 本發明是通過以下技術方案來實現：
[0005] 一種具有光催化效應的橙黃色光子晶體結構色薄膜的制備方法，包括以下步驟：
[0006] 1)按1: (1~3)的質量比取粒徑為252±5nm的SiO^j球粉體和聚乙烯吡咯烷酮， 混合后加水，充分攪拌反應后過濾，將沉淀經洗滌、離心及干燥處理，得到PVP修飾的Si02 微球；按（〇. 1~〇. 25)g :10mL的料液比，將PVP修飾的SiO#j球加入無水乙醇中超聲混合 處理，得到含有SiO^j球的乳濁液；
[0007] 2)按1 : (1~2. 5)的質量比取氫氧化鋰和乙酸鋅，將氫氧化鋰和乙酸鋅分別用無 水乙醇溶解，攪拌混合均勻，分別得到氫氧化鋰-乙醇混合液和乙酸鋅-乙醇混合液；將乙 酸鋅-乙醇混合液于50~70°C恒溫水浴下處理至體系溫度穩定后，按1:1的體積比，將氫 氧化鋰-乙醇混合液滴加到乙酸鋅-乙醇混合液中，攪拌均勻，制得混合液；
[0008] 3)按1 : (10~14)的體積比，將步驟1)中制得的含有Si02微球的乳濁液滴加到 步驟2)制得的混合液中，充分攪拌反應后過濾，將沉淀經洗滌、離心、干燥處理后，在300~ 450°C熱處理2~6h，得到具有光催化功能的Si02@Zn0核殼結構微球；
[0009] 4)將Si02@Zn0核殼結構微球加無水乙醇，配成質量百分比為0. 3~0. 5%的混合 液，將混合液超聲分散，制得含有Si02@Zn0核殼結構微球的乳濁液；
[0010] 5)將潔凈的玻璃基片垂直放入含有Si02@Zn0核殼結構微球的乳濁液中，于40~ 60°C真空干燥至乙醇揮發完全后，在玻璃基片表面生成具有光催化效應的橙黃色光子晶體 結構色薄膜。
[0011] 步驟1)是按照每1. 5~2. 0gSi02微球粉體加入100mL水的用量配比向SiOjj 球粉體和聚乙烯吡咯烷酮混合后的體系中加去離子水。
[0012] 步驟1)所述的充分攪拌反應是采用磁力攪拌反應2~4h。
[0013] 步驟3)所述攪拌均勻是采用磁力攪拌反應2~6h。
[0014] 步驟1)所述的超聲混合處理時間為10~20min。
[0015] 步驟2)所述的氫氧化鋁-乙醇混合液是將0. 1~0. 2g的氫氧化鋰溶于100mL無 水乙醇中制得；所述乙酸鋅-乙醇混合液是將0. 1~0. 5g的乙酸鋅溶于100mL無水乙醇中 制得。
[0016] 步驟1)和3)所述的離心是在4000~8000r/min下處理10~20min。
[0017] 步驟1)和3)所述的洗滌是將沉淀先經過去離子水洗2~4次，再經過無水乙醇 清洗2~4次；所述的干燥是在60~80°C下進行。
[0018] 步驟4)所述的超聲分散時間為10~30min。
[0019] 步驟5)所述的潔凈的玻璃基片是將玻璃基片先在質量濃度為30%的雙氧水溶液 中浸泡l〇h，再經過去離子水和無水乙醇清洗2~3次后得到
[0020] 與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：
[0021] 本發明公開的具有光催化效應的橙黃色光子晶體結構色薄膜的制備方法，首先， 將粒徑為252±5nm的Si02微球粉體和聚乙烯吡咯烷酮混合后加水，經過濾、洗滌、離心干 燥系列處理，得到PVP修飾的Si02微球；然后將PVP修飾的SiO2微球加入無水乙醇中制得 含有Si02微球的乳濁液。其次，配制氫氧化鋰-乙醇及乙酸鋅-乙醇的混合液，將含有SiO2 微球的乳濁液滴加到該混合液中，經過濾、洗滌、離心干燥系列處理，制得具有光催化功能 的Si02@Zn0核殼結構微球，該Si02@Zn0核殼微球的粒徑為270 ± 5nm，其結構中內核與外殼 之間界面的存在使得催化降解效率增強。在SiO#j球制備過程中引入的ZnO殼層，不僅提 高了核殼微球的有效折射率，使得其橙黃色結構色更加明顯，而且實現了光子晶體結構色 薄膜對甲基橙的光催化降解功能。最后，采用垂直沉積法，使Si02@Zn0核殼結構微球在玻璃 基體表面自組裝成橙黃色光子晶體結構色薄膜，該結構色薄膜呈現出周期性緊密排列，且 該結構色橙黃色薄膜顏色亮麗，不易褪色，解決了黃色染料使用時存在的氧化鐵黃、鉻黃等 顏料對人體和環境的危害。本發明工藝過程簡單易行，對環境無污染，能大規模工業生產， 具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0022] 圖1為實施例1所得具有光催化效應的橙黃色結構色薄膜的光學照片；
[0023] 圖2為實施例1所得具有光催化效應的橙黃色結構色薄膜的X射線衍射圖；
[0024] 圖3為實施例1所得具有光催化效應的橙黃色結構色薄膜的掃描電鏡圖；
[0025] 圖4為實施例1所得具有光催化效應的橙黃色結構色薄膜的反射光譜圖；
[0026] 圖5為實施例1所得具有光催化效應的橙黃色光子晶體結構色薄膜的甲基橙光催 化降解圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合具體的實施例對本發明做進一步的詳細說明，所述是對本發明的解釋而 不是限定。
[0028] 本發明公開的具有光催化效應的橙黃色光子晶體結構色薄膜的制備方法，采用的 技術方案為：
[0029] 首先，將Si02微球粉體和聚乙烯吡咯烷酮混合后加水，攪拌反應后，過濾，將沉淀 物經洗滌、離心及干燥處理，得到PVP修飾的Si02微球；將PVP修飾的SiO2微球加入無水乙 醇中超聲混合處理，得到含有SiOjj球的乳濁液；
[0030] 其次，配制氫氧化鋰-乙醇混合液及乙酸鋅-乙醇混合液；將乙酸鋅-乙醇混合液 于恒溫水浴下處理至體系溫度穩定后，將氫氧化鋰-乙醇混合液滴加到乙酸鋅-乙醇混合 液中，攪拌均勻，制得混合液；將含有Si02微球的乳濁液滴加到該混合液中，充分攪拌反應 后，過濾，沉淀物經洗滌、離心、干燥處理后，再經熱處理，制到具有光催化功能的Si02@Zn0 核殼結構微球；
[0031] 再次，將Si0