一種具有光催化效應的綠色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，具體涉及一種具有光催化效應的綠色光子晶體結構色薄膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]光子晶體是電介質折射率周期性變化導致光子帶隙結構，從而由光子帶隙結構控制著光在光子晶體中的運動。光子晶體是在高折射率材料的某些位置周期性的出現低折射率的材料。高低折射率的材料交替排列形成周期性結構就可以產生光子晶體帶隙。從而產生了結構色。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，就能夠形成蛋白石結構光子晶體，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。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。中國發明專利申請CN201010276061.2中公開了一種水熱法制備硫化鋅微球，并且公布該硫化鋅微球具有良好的紫外光響應性。然而，目前對光子晶體結構色薄膜的研究僅限于在不同顏色呈色效果的仿制和分析，主要的材料則是氧化硅，聚苯乙烯等材料，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究甚少。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種顏色鮮艷，永不褪色，并且具有光催化效應的綠色光子晶體結構色薄膜及其制備方法。
[0004]本發明是通過以下技術方案來實現:
[0005]本發明公開了一種具有光催化效應的綠色光子晶體結構色薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0006]I)按9: (I?2)的質量比，稱取Zn(NO3)2.6H20與聚乙烯吡咯烷酮，混勻后，按Zn (NO3)2.6H20:去離子水=(0.3?0.5) g =10mL的比例加入去離子水，充分攪拌均勻，得到均勻溶液；
[0007]2)按(0.25?0.4)g:50mL的用量比，將硫代乙酰胺加入去離子水中，超聲混合均勻，得到硫代乙酰胺水溶液；
[0008]3)將步驟I)和2)制得的兩個溶液，按(I?2):1的體積比混合后，于70?85°C下，水浴攪拌反應5?7h，得到含有硫化鋅微球的乳濁液，再經水洗、醇洗及超聲分散處理，得到單分散硫化鋅微球的醇溶液；
[0009]4)將潔凈的載玻片垂直放置于步驟3)制得的單分散硫化鋅微球的醇溶液中，于40?60°C下，真空干燥處理至醇揮發完全后，在載玻片表面生成綠色光子晶體結構色薄膜，再在氮氣保護下經過300?500°C熱處理，制得具有光催化效應的綠色光子晶體結構色薄膜。
[0010]步驟I)充分攪拌均勻采用磁力攪拌器攪拌處理20?35min。
[0011]步驟2)中超聲混合時間為10?20min。
[0012]步驟3)中水洗、醇洗是將含有硫化鋅微球的乳濁液依次用水和乙醇清洗三次。
[0013]步驟3)中超聲分散時間為10?20min。
[0014]步驟4)所述的潔凈的載玻片是將載玻片置于比504與H2O2按體積比為7:3配制的水溶液中，浸泡30min，然后用蒸餾水洗凈，于60°C下烘干制得。
[0015]步驟4)中真空干燥處理時間為35?45h。
[0016]步驟4)中熱處理時間為I?3h。
[0017]本發明還公開了采用上述方法制得的具有光催化效應的綠色光子晶體結構色薄膜。
[0018]與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果:
[0019]本發明公開的具有光催化效應的綠色光子晶體結構色薄膜的制備方法，首先采用均勻沉淀法，通過嚴格控制Zn(NO3)2.6Η20與聚乙烯吡咯烷酮的反應配比(9:1?2的質量比)，以及加入的去離子水的用量，制備得到含有硫化鋅微球的乳濁液，硫化鋅微球粒徑為250±10nm;然后采用垂直沉積法在玻璃基體表面自組裝成綠色光子晶體結構色薄膜。這種結構色綠色薄膜顏色亮麗，不易褪色，解決了化學有機物顏料易褪色，對人體有害的缺點。而且實現了光子晶體結構色薄膜對羅丹明B的光催化降解功能。本發明工藝過程簡單易行，能大規模工業生產，具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0020]圖1為實施例1所得具有光催化效應的綠色結構色薄膜的X射線衍射圖；
[0021]圖2為實施例1所得具有光催化效應的綠色結構色薄膜的反射光譜圖；
[0022]圖3為實施例1所得具有光催化效應的綠色光子晶體結構色薄膜的羅丹明B光催化降解圖。
【具體實施方式】
[0023]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。
[0024]實施例1
[0025]—種具有光催化效應的綠色光子晶體結構色薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0026](I)按質量比為9:1稱取Zn(NO3)2.6Η20與聚乙烯吡咯烷酮(PVP)若干克，加入燒杯中，按照比例0.45gZn(NO3)2‘6Η20:lOOmL，加入去離子水，磁力攪拌充分溶解并均勻混合，攪拌30min就得到均勻溶液。
[0027](2)準確稱量硫代乙酰胺0.3g，加50mL去離子水超聲混合10?20min，得到硫代乙酰胺水溶液。
[0028](3)將上述⑴和⑵兩個溶液分別攪拌均勻后，加入同一個燒杯中，并在磁力攪拌儀上在80°C條件下水浴反應6h，即可得到含有硫化鋅微球得乳濁液。經水洗、醇洗各三次之后經過超聲分散得到單分散硫化鋅微球的乙醇溶液。
[0029](4)將一定大小(25.6 X 76.2mm)的載玻片置于H2S04/H202 (7: 3V/V)的水溶液中浸泡30min，然后取出并用大量蒸餾水清洗，最后在60°C烘箱中干燥，保存備用。
[0030]將清洗過的載玻片垂直放置于步驟三所制得的ZnS微球乳濁液中，并將整個體系置于恒溫(40?60°C ±1°C)真空干燥箱中，大約經過40h，待乙醇揮發完全后，在玻璃基片表面就會生成一種具有光催化效應的綠色光子晶體結構色薄膜。在氮氣保護下經過400°C熱處理，即可得到具有光催化性能的硫化鋅光子晶體薄膜。
[0031]對本實施例制得的綠色光子晶體結構色薄膜呈色性能的測試方法如下:
[0032]采用紫外-可見-近紅外光譜儀的反射光譜來分析，儀器型號=Lamda 950型，美國Beckman公司，波長范圍175?3300nm，帶寬0.5?5.0nm，雜散光〈0.00008% T，波長精度0.08nm,掃描三次，求平均值。
[0033]本發明中綠色光子晶體結構色薄膜光催化性能的測試方法如下:
[0034]光催化降解羅丹明B溶液，在光催化反應儀中加入濃度為10mg/L的羅丹明B溶液40?80ml和步驟4)得到的薄膜面積為lcmX2cm的具有光催化效應的橙黃色光子晶體結構色薄膜，隨后在無光的暗室里反應lOmin，使ZnS微球和羅丹明B反應液充分混合，達到吸附/脫附平衡。光催化反應開始后打開500W的汞燈，并通過磁力攪拌器勻速攪拌，每隔1min取樣，通過反應液的吸光度來