一種紫色空心氧化硅光子晶體結構色薄膜及其制備方法
【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，具體涉及一種紫色空心氧化硅光 子晶體結構色薄膜及其制備方法。
【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究，目前已在顯示、裝飾、 防偽等領域有很好的應用。近些年，空心球組裝成的光子晶體受到研究者的廣泛，如Deng在 SynthesisofMonodispersePolystyreneiVinyl-Si〇2Core-Shel1Particlesand HollowSi〇2Spheres中提出來一種氧化娃空心球光子晶體結構色薄膜的制備方法，主要是 通過PS@Si〇2核殼結構微球在基板上的自組裝，然后在空氣下噸少去除有機物核的技術在 玻璃基板表面組裝獲得的，該光子晶體結構色有較好的結構。然而，氧化硅空心球組裝的光 子晶體由于殼層較薄，導致了有效折射率調制較小，從而空心氧化硅組裝而成的光子晶體 具有反射強度較小。這將會嚴重限制空心球光子晶體在結構色方面的應用。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種紫色空心氧化硅光子晶體結構色薄膜及其制備方法， 該方法簡單易行，對環境無污染，制得的紫色空心氧化硅光子晶體結構色薄膜顏色飽和度 尚、不易裡色。
[0004]本發明是通過以下技術方案來實現：
[0005] -種紫色空心氧化硅光子晶體結構色薄膜的制備方法，包括以下步驟：
[0006] 1)將粒徑為200 ±5nm的聚苯乙烯微球粉體超聲分散于乙醇和去離子水的混合液 中，然后加入氨水，充分混勻后向混合體系中加入硅源，攪拌反應后，離心取沉淀，沉淀經洗 滌、干燥，制得PS@Si〇2核殼結構微球；
[0007] 2)將PS@Si02核殼結構微球分散于無水乙醇中，制得含有Si02微球的乳濁液；
[0008] 3)將玻璃基片垂直浸入含有Si02微球的乳濁液中，于40~50°C下干燥至含有Si〇2 微球的乳濁液中的無水乙醇完全揮發后，在玻璃基片表面制得核殼結構光子晶體薄膜；
[0009] 4)將核殼結構光子晶體薄膜在500~600°C還原氣氛下煅燒1~4小時，制得高色彩 飽和度紫色空心氧化硅光子晶體結構色薄膜。
[0010]步驟1)中聚苯乙烯微球粉體、乙醇及去離子水的用量比為〇.〇3g:(25~40)mL:(l~3)mL〇
[0011] 每30~451^乙醇和去離子水的混合液中加入0.3~0.511^質量分數為30%的氨水。
[0012]步驟1)所述硅源是向混合體系中加入正硅酸乙酯，加入量為每0.03g聚苯乙烯微 球粉體加入150~200yL正硅酸乙酯。
[0013]步驟1)加入氨水后的充分混勾是在室溫下采用磁力攪拌30~60min;加入娃源后 的攪拌反應是在室溫下磁力攪拌7~10h。
[0014] 步驟1)所述的離心是在4000~8000r/min下進行，離心時間為3_6min。
[0015] 步驟1)所述對沉淀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。
[0016] 步驟2)中PS@Si〇2核殼結構微球與無水乙醇的用量比為(0.1~0.25)g:10mL。
[0017] 玻璃基片在使用前經過清洗:先在質量濃度為30%的雙氧水溶液里浸泡10h，再用 去離子水和無水乙醇各清洗2~3次。
[0018]本發明還公開了采用上述方法制得的紫色空心氧化硅光子晶體結構色薄膜。
[0019]與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：
[0020] 本發明公開的紫色空心氧化硅光子晶體結構色薄膜的制備方法，首先以粒徑為 200±5nm的有機聚苯乙烯(PS)微球粉體為模板，在其表面首先修飾-NH2,然后利用改進的 Smber法在其表面包覆一層均勻的氧化硅層，然后通過自組裝在玻璃基片表面形成蛋白石 結構的光子晶體結構，再通過還原氣氛保護下的煅燒將PS微球碳化，由于碳化的PS微球所 生成的黑色物質存在于每個空心氧化硅殼層內部，從而吸收大部分非相干散射光，部分碳 化的PS存在于空心球內部，大大提高空心球顏色飽和度，從而解決了空心球組裝成光子晶 體顏色可見度低的缺點，獲得一種具有高飽和度氧化硅空心球組裝而成的紫色光子晶體結 構色薄膜。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。
[0021] 經本發明制得的紫色薄膜顏色亮麗、飽和度高、不易褪色，解決了化學有機物顏料 易裡色，對人體有害的缺點。
【附圖說明】
[0022] 圖1為實施例1所得具有紫色空心氧化硅光子晶體結構色薄膜的光學顯微鏡照片；
[0023]圖2為實施例1所得空心氧化硅微球的透射照片。
【具體實施方式】
[0024]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。
[0025]實施例1
[0026]-種紫色空心氧化硅光子晶體結構色薄膜的制備方法，包括以下步驟：
[0027] (1)將聚苯乙烯(PS)微球粉體、乙醇及去離子水按照0.03g: 30mL:lmL的用量比，稱 取粒徑為200±5nm的PS微球粉體超聲分散于無水乙醇和去離子水的混合液中，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，室溫下磁力攪拌混合 3〇min，再向反應體系中快速加入150yL正硅酸乙酯作為硅源，室溫下磁力攪拌反應8h后經 過洗滌、離心、干燥，即可得到PS@Si02核殼結構微球。
[0028] (2)準確稱量步驟（1)得到PS@Si02核殼結構微球O.lg，超聲分散于10ml無水乙醇 中，制得含有Si〇2微球的乳濁液，并在40°C烘箱中利用垂直沉積法在玻璃基片上鍍膜。
[0029] (3)將制備的核殼結構光子晶體薄膜在500°C還原氣氛下煅燒lh，有機微球碳化， 即可得到既有高色彩飽和度的紫色空心氧化硅光子晶體結構色薄膜。
[0030] 參見圖1，從圖1中可以看出煅燒之后的結構色單元呈現出具有高飽和度的紫色， 顏色亮麗。
[0031]參見圖2,從圖2中可以看出利用該方法制備得到的空心氧化硅微球具有均一的粒 徑，并且處于的高度分散的狀