利用一步法快速制備高質量反蛋白石結構光子晶體的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及反蛋白石結構光子晶體的制備方法。
【背景技術】
[0002]膠體晶體是尺寸在100納米到幾個微米的無機或者有機的膠體微球在驅動力的作用下發生自組裝行為，從而形成二維或者三維的有序結構，這種有序排列的膠體微球結構通常被稱為膠體晶體、光子晶體或者合成蛋白石結構。膠體晶體由于其優良的光學性能成為新一代光電器件的基礎材料；還可以用作一些基本現象的理想模型體系，可以用于溶解過程，相轉變過程等熱點問題的機理研究；此外，膠體晶體本身還可作為模板，和蒸鍍、光刻技術等進行完美的融合，用于制備圖案化光子晶體。
[0003]正因為膠體晶體及其衍生物具有廣闊的應用前景，才使得其在制備精確調控、化學改性和新穎應用學科交叉中受到極大關注。反蛋白石結構光子晶體通常采用犧牲模板法制備，如在玻璃基底、塑料基底等采用蒸發誘導自組裝，垂直沉積自組裝，噴涂、懸涂等方式制備蛋白石光子晶體。然后再采用浸漬、涂布等方法填充二氧化硅等類的前驅體，之后再采用煅燒、刻蝕等方法除去蛋白石膠體結構，得到反蛋白石結構膠體晶體。這些方法得到的反蛋白石結構通常機械性能較差，且難以實現大面積有序排列。
[0004]例如，在專利文獻[CN 103352255A]中閆東偉等利用聚合物微球與溶膠前驅體混合，之后通過垂直沉積在玻璃基底上生長數天后得到聚合物膜，最后通過煅燒除去聚合物微球模板，得到反蛋白石光子晶體。不足之處在于此方法垂直沉積時間長，且垂直沉積自組裝方法很難實現無裂紋大面積自組裝。
【發明內容】
[0005]本發明要解決現有反蛋白石結構光子晶體的制備方法或存在機械性能較差，難以實現大面積有序排列，或存在垂直沉積時間長，且垂直沉積自組裝方法很難實現無裂紋大面積自組裝的問題，而提供利用一步法快速制備高質量反蛋白石結構光子晶體的方法。
[0006]利用一步法快速制備高質量反蛋白石結構光子晶體的方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0007]—、將Si (OC2H5)4、質量百分數為1%?50%的HCl和無水乙醇A混合后，在室溫及攪拌速度為10rpm?100rpm下，攪拌Ih?10h，得到二氧化娃前驅體，將聚合物微球加入到二氧化硅前驅體中超聲分散，得到質量百分數為1%?10%的聚合物微球乳液，向質量百分數為1%?10%的聚合物微球乳液中滴加無水乙醇B，混合后超聲，得到超聲分散后的膠體晶體混合溶液，在轉速為1000r/min?10000r/min的條件下，將超聲分散后的膠體晶體混合溶液進行離心自組裝，離心1min?lOOmin，得到膠體晶體混合物，最后將膠體晶體混合物在溫度為50°C?100°C的條件下烘干，得到烘干后的膠體晶體混合物；
[0008]所述的Si (OC2H5)A質量百分數為I %?50%的HCl的體積比為1: (I?10);所述的Si (OC2H5)4與無水乙醇A的體積比為1: (I?10);所述的質量百分數為1%?10%的聚合物微球乳液與無水乙醇B的體積比為1: (I?10)；
[0009]二、將烘干后的膠體晶體混合物浸漬于質量百分數為I %?50%的HF，浸漬30min?300min，然后用去離子水沖洗，得到高質量反蛋白石結構光子晶體。
[0010]本發明的有益效果是:本發明采用乳液聚合的方法制備單分散性好的聚合物微球，并在溶液中摻入適量的二氧化硅前驅體，采用離心自組裝工藝，一步法制備反蛋白石結構光子晶體。此方法工藝簡單，因為在實驗過程中各單體的量、乳液濃度、離心機的轉速等因素可以精確調控，實驗重復性好，可以實現高質量反蛋白結構光子晶體的快速制備。這一發明使光子晶體的質量得到大幅度提升，同時快速制備反蛋白石光子晶體拓寬了其應用領域。
[0011]I整個工藝過程簡單，無需特殊設備和工藝。
[0012]2所制得的反蛋白石因其在離心過程中組成光子晶體的微球多分散性PDI提高，可得到高質量的光子晶體結構，且因為摻雜使其密度更高，機械強度更高，質量高。
[0013]3、制備出大面積的反蛋白石結構光子晶體，在標尺為3 μπι下仍能達到有序排列，無裂紋。
[0014]本發明用于利用一步法快速制備高質量反蛋白石結構光子晶體的方法。
【附圖說明】
[0015]圖1為實施例一制備的高質量反蛋白石結構光子晶體的掃描電鏡圖；
[0016]圖2為實施例二制備的高質量反蛋白石結構光子晶體的掃描電鏡圖；
[0017]圖3為實施例三制備的高質量反蛋白石結構光子晶體的掃描電鏡圖；
[0018]圖4為實施例四制備的高質量反蛋白石結構光子晶體的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0019]本發明技術方案不局限于以下所列舉的【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】之間的任意組合。
[0020]【具體實施方式】一:本實施方式所述的利用一步法快速制備高質量反蛋白石結構光子晶體的方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0021 ] 一、將Si (OC2H5) 4、質量百分數為I %?50 %的HCl和無水乙醇A混合后，在室溫及攪拌速度為10rpm?100rpm下，攪拌Ih?10h，得到二氧化娃前驅體，將聚合物微球加入到二氧化硅前驅體中超聲分散，得到質量百分數為1%?10%的聚合物微球乳液，向質量百分數為1%?10%的聚合物微球乳液中滴加無水乙醇B，混合后超聲，得到超聲分散后的膠體晶體混合溶液，在轉速為1000r/min?10000r/min的條件下，將超聲分散后的膠體晶體混合溶液進行離心自組裝，離心1min?lOOmin，得到膠體晶體混合物，最后將膠體晶體混合物在溫度為50°C?100°C的條件下烘干，得到烘干后的膠體晶體混合物；
[0022]所述的Si (OC2H5)A質量百分數為I %?50%的HCl的體積比為1: (I?10);所述的Si (OC2H5)4與無水乙醇A的體積比為1: (I?10);所述的質量百分數為1%?10%的聚合物微球乳液與無水乙醇B的體積比為1: (I?10)；
[0023]二、將烘干后的膠體晶體混合物浸漬于質量百分數為I %?50%的HF，浸漬30min?300min，然后用去離子水沖洗，得到高質量反蛋白石結構光子晶體。
[0024]本實施方式的有益效果是:本實施方式采用乳液聚合的方法制備單分散性好的聚合物微球，并在溶液中摻入適量的二氧化硅前驅體，采用離心自組裝工藝，一步法制備反蛋白石結構光子晶體。此方法工藝簡單，因為在實驗過程中各單體的量、乳液濃度、離心機的轉速等因素可以精確調控，實驗重復性好，可以實現高質量反蛋白結構光子晶體的快速制備。這一發明使光子晶體的質量得到大幅度提升，同時快速制備反蛋白石光子晶體拓寬了其應用領域。
[0025]I整個工藝過程簡單，無需特殊設備和工藝。
[0026]2所制得的反蛋白石因其在離心過程中組成光子晶體的微球多分散性PDI提高，可得到高質量的光子晶體結構，且因為摻雜使其密度更高，機械強度更高，質量高。
[0027]3、制備出大面積的反蛋白石結構光子晶體，在標尺為3 μπι下仍能達到有序排列，無裂紋。
[0028]在制備過程中將二氧化硅前驅體和聚合物微球相混合，因為聚合物微球為軟殼，而二氧化硅前驅體為小粒子，可以在離心自組裝的過程中填滿聚合物微球之間的縫隙，提高的樣品的機械強度。
[0029]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中所述的聚合物微球為苯乙烯-丙烯酸微球。其它與【具體實施方式】一相同。
[0030]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二之一不同的是:步驟一中所述的Si (OC2H5)A質量百分數為10%的HCl的體積比為1:1。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0031]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟一中所述的Si (OC2H5)A質量百分數為10%的HCl的體積比為1:2。其它與【具體實施方式】一至三相同。
[0032]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:步驟一中所述的Si (OC2H5)A質量百分數為10%的HCl的體積比為1:3。其它與【具體實施方式】一至四相同。
[0033]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是:步驟一中所述的Si (OC2H5)4與無水乙醇A的體積比為1:2。其它與【具體實施方式】一至五相同。
[0034]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是:步驟一中所述的Si (OC2H5)4與無水乙醇A的體積比為1:3。其它與【具體實施方式】一至六相同。
[0035]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是:步驟一中所述的質量百分數為1%的聚合物微球乳液與無水乙醇B的體積比為1:1。其它與【具體實施方式】一至七相同。
[0036]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一至八之一不同的是:步驟一中所述的質量百分數為2%的聚合物微球乳液與無水乙醇B的體積比為1:2。其它與【具體實施方式】一至八相同。
[0037]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】一至九之一不同的是:步驟一中所述的質量百分數為3%的聚合物微球乳液與無水乙醇B的體積比為1:3。其它與【具體實施方式】一至九相同。
[0038]【具體實施方式】^^一:本實施方式與【具體實施方式】一至十之一不同的是:步驟一中所述的質量百分數為5%的聚合物微球乳液與無水乙醇B的體積比為1:4。其它與【具體實施方式】一至十相同。
[0039]采用以下實施例驗證本發明的有益效果:
[0040]實施例一:
[0041]本實施例所述的利用一步法快速制備高質量反蛋白石結構光子