CN102199302A

CN102199302A - 具有各向异性结构的光子晶体薄膜的制备方法

Info

Publication number: CN102199302A
Application number: CN 201010130885
Authority: CN
Inventors: 徐亮; 王京霞; 宋延林; 江雷
Original assignee: Institute of Chemistry CAS
Current assignee: Institute of Chemistry CAS
Priority date: 2010-03-22
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2030-03-22
Also published as: CN102199302B

Abstract

本发明属于胶体光子晶体膜的制备技术领域，特别涉及具有各向异性结构的光子晶体薄膜的制备方法。本发明通过在“气-液”界面回流组装的方法，得到了具有各向异性结构的光子晶体薄膜，该光子晶体薄膜由单分散的具有“蘑菇头”形状的胶乳微粒紧密堆砌而成。由于该具有“蘑菇头”形状的胶乳微粒具有两亲性，因此当所述胶乳微粒在“气-液”界面自组装时产生了统一的取向，从而使所述光子晶体薄膜得到了长程有序的排列结构，展现出了良好的光学性质。这种新型结构的具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒光子晶体为制备完全禁带的光子晶体提供了一个有效的方法，并有望应用于新型光学器件，光电材料等领域。

Description

具有各向异性结构的光子晶体薄膜的制备方法

技术领域

本发明属于胶体光子晶体膜的制备技术领域，特别涉及具有各向异性结构的光子晶体薄膜的制备方法。

背景技术

光子晶体材料是由介电常数不同的材料按周期性长程有序排列而得到的，该材料具有光子禁带和光子限域的特性，可以有效的控制光子传输，被称为“光学半导体”。其中，具有完全禁带的光子晶体材料可以完全抑制具有特定频率光子的传输，被认为下一代信息和能源技术的新型材料，从而引起了人们的广泛关注。

目前，制备完全禁带光子晶体主要有两种方法：一是利用自上而下的微加工法，用光刻，电子束刻蚀，全息照相等微加工技术，将具有高介电常数的材料加工成三维有序结构；二是利用自下而上的牺牲模板法，向PS或SiO₂的Opal型模板空隙中填充高介电常数材料后再去除模板，从而得到具有反Opal结构的完全禁带光子晶体。然而，以上两种方法都需要造价昂贵的高介电常数材料，且工艺较为复杂，从而增加了得到完全禁带光子晶体的成本。

为了解决制备完全带隙光子晶体的成本居高不下的问题，科学家们提出：各向异性的结构可以消除禁带衰减，因此，使用低介电常数的材料来制备完全禁带光子晶体成为可能。美国Liddell研究小组，曾将具有“蘑菇头”和“哑铃”形状的胶乳微粒通过回流组装的方法组装成胶体晶体，然而，胶乳微粒在最终的晶体结构中为随机取向，无法获得真正的具有各项异性结构的光子晶体。本发明正是利用这一科学原理，制备合成了具有“蘑菇头”形状的两亲性低介电常数的聚合物胶乳微球，并通过回流组装方法得到了具有各向异性结构的长程有序的光子晶体薄膜。该方法简便易行，材料价格低廉，为制备完全禁带光子晶体提供了一种有效的途径。同时这种新型光子晶体有望应用于新型的光电材料和光学器件。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种方法简便易行，不需要特殊装置和温度、湿度限制，可以有效、快速的在“气-液”界面回流组装制备具有各向异性结构的光子晶体薄膜的方法。

本发明的目的之二是提供一种采用批量乳液聚合，通过适当调整所加单体和乳化剂的含量，通过一步法制备可用于制备具有各向异性结构的光子晶体薄膜的具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒，并且该方法可以控制微球的形状。

本发明的具有各向异性结构的光子晶体薄膜的制备方法包括以下步骤：

(1)在常温常压下，将具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒均匀分散在去离子水和醇的混合溶剂中，得到含所述具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒的溶液，并使含所述胶乳微粒的溶液的组成为具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒的含量为2～10wt％(优选为4wt％)，醇含量为40～70wt％(优选为60wt％)，余量为去离子水(优选为36wt％)；

(2)将基底放入直径可为6厘米的容器(如玻璃器皿)中，向容器中加入去离子水，使去离子水面刚刚没过基底的上表面；将步骤(1)配好的10～30μL(优选为14～20μL)含胶乳微粒的溶液滴于容器中的水面上；具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒在水面上迅速铺展，组装30～120秒后，向去离子水中滴加0～0.3mL(优选为0.2mL)表面活性剂(浓度为1g/L)；待去离子水和醇挥发后，具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒可自由沉降于基底上，得到具有六方紧密堆积结构，且组装单元统一取向的具有各向异性结构的单层光子晶体薄膜；或

用镊子夹住基底，并将基底从水中轻轻捞出，待基底上的去离子水和醇挥发后，得到具有六方紧密堆积结构，且组装单元统一取向的具有各向异性结构的单层光子晶体薄膜；

(3)采用层层组装的方法，以步骤(2)中制得的光子晶体薄膜作为容器中的基底，重复步骤(2)，可得到具有多层结构的三维有序的具有各向异性结构的光子晶体薄膜。

所述的光子晶体薄膜是由单分散的具有“蘑菇头”形状的胶乳微粒紧密堆砌而成。

所述的具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒是单体1、单体2、单体3和单体4的共聚物。

所述的单体1是苯乙烯、甲基苯乙烯或它们的混合物。

所述的单体2是甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、醋酸乙烯酯中的一种或它们之间的任意混合物。

所述的单体3是丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯氰中的一种或它们之间的任意混合物。

所述单体4是二乙烯基苯(简称DVB)。

步骤(2)所述的基底可选自亲水化处理(须用标准铬酸洗液浸泡、浓硫酸与双氧水的体积比为3∶1的混合溶液煮沸或用质量浓度为2～5％的碱液清洗)过的普通玻璃、导电玻璃、石英玻璃、云母、铜网等中的一种。

步骤(1)所述的含胶乳微粒的溶液中的具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒的含量为4wt％，去离子水为36wt％，醇含量为60wt％。

所述的醇为可与水以任意比例互溶的液态醇，如选自甲醇、乙醇或它们的混合物等。

步骤(2)所述的滴于容器中的水面上的含胶乳微球的溶液的量为14～20μL；所滴加的表面活性剂的量为0.2mL。

所述的表面活性剂是十二烷基苯磺酸钠或十二烷基磺酸钠。

本发明的可用于制备上述具有各向异性结构的光子晶体薄膜的具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒的合成方法是通过乳液聚合法进行制备：

将单体1、单体2和单体3均匀混合分散在含有pH缓冲剂和乳化剂的去离子水溶液中，将所得到的乳液体系在转速为250～800rpm(优选350rpm)下搅拌均匀混合，恒温水浴加热至温度为60～80℃(优选为70℃)，加入引发剂总量约为1/2的引发剂使反应开始，待反应1.5～2小时后(优选为1.5小时)，向溶液中滴加交联剂单体4并加入引发剂总量1/4的引发剂，继续反应2～3小时后(优选为2小时)，向溶液中再次滴加单体4和引发剂总量1/4的引发剂，继续反应2～5小时后(优选为2.5小时)反应结束，得到具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒。

所述的单体1、单体2、单体3和单体4的总重量是5～100克；单体1占单体1、单体2、单体3和单体4总重量的84～90wt％，单体2占3～4wt％，单体3占3～4wt％，单体4占2～8wt％；

其中第一次加入的单体4是加入单体4总量的50～100wt％，第二次加入的单体4是加入单体4总量的0～50wt％；

所述的引发剂总用量相当于单体1、单体2、单体3和单体4总量的0.1～1wt％(优选为0.25wt％)。

所述的单体1是苯乙烯、甲基苯乙烯或它们的混合物。

所述单体4是二乙烯基苯。

所述的pH缓冲剂在乳液体系中的浓度为0.1～1wt％，乳化剂在乳液体系中的浓度为0～0.01wt％。

所述的pH缓冲剂是碳酸氢钠、碳酸氢钾或碳酸氢铵。

所述的乳化剂是十二烷基苯磺酸钠或十二烷基磺酸钠。

所述的引发剂是以水溶液的形式引入反应体系中，可以是过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。

体系的反应总时间为5.5～10小时，优选时间为6小时。

为保证具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒的形成，应严格控制加入交联剂单体4的时间，第一次加入为反应开始1.5～2小时后加入，第二次加入为反应开始3.5～5小时后加入，在加入交联剂单体4后要加入适量的引发剂。另外，为保证微球的单分散性，要严格控制搅拌速度和升温的时间，以避免二次成核的出现。

制备具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒不需要特殊工艺过程，只是由于少量交联剂单体4的加入，由于所述单体1～单体4之间的聚合速度和亲疏水性质的差异导致了异质结构的胶乳微粒生成，并最终通过相分离实现了具有“蘑菇头”形状的两亲性单分散胶乳微粒；所得具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒的形貌可通过加入交联剂单体4或者乳化剂的含量来控制。

本发明中的具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒在制备完全禁带光子晶体中具有广泛的应用。

本发明通过在“气-液”界面回流组装的方法，得到了具有各向异性结构的光子晶体薄膜，该光子晶体薄膜由单分散的具有“蘑菇头”形状的胶乳微粒紧密堆砌而成。由于该胶乳微粒具有两亲性，因此当胶乳微粒在“气-液”界面自组装时产生了统一的取向，从而使所述光子晶体薄膜得到了长程有序的排列结构，展现出了良好的光学性质。这种新型结构的具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒光子晶体薄膜为制备完全禁带的光子晶体提供了一个有效的方法，并有望应用于新型光学器件，光电材料等领域。

附图说明

图1为本发明实施例1中合成的典型的胶乳微粒的TEM照片，该胶乳微粒具有良好的单分散性并且具有类似“蘑菇头”的形状。照片由日本电子公司型号为JEM-2010的投射电子显微镜在200千伏电压下拍摄。

图2为本发明实施例8中制备的典型的具有各向异性结构的光子晶体薄膜的照片，图中标尺为500nm。照片由日本电子公司型号为FE-SEM-6700F的扫描电子显微镜在3千伏电压下拍摄。

图3为本发明实施例8中制备的具有各向异性结构的光子晶体薄膜的反射光谱图；其中(a)为不同层数(1-3层)的光子晶体薄膜的反射光谱，(b)为具有3层的光子晶体薄膜在不同入射角测得的反射光谱。反射光谱数据由美国海洋光学公司型号为HR-4000的紫外可见光纤光谱仪测得。

具体实施方式

实施例1.具有“蘑菇头”形状的单分散聚合物胶乳微粒的制备

将单体混合物苯乙烯(9.5g)，甲基丙烯酸甲酯(0.5g)，丙烯酸(0.5g)加入到含有pH缓冲剂碳酸氢铵(0.25g)和乳化剂十二烷基苯磺酸钠(0.0035g)的去离子水(50mL)中，将所得到的乳液体系在转速为350rpm下搅拌混合，并用恒温水浴加热至70℃，加入10mL过硫酸铵的水溶液(0.25g过硫酸铵溶解于10mL去离子水中所得)中的5mL使反应开始进行；反应1.5小时后加入二乙烯基苯0.4克，并加入上述10mL过硫酸铵的水溶液剩余的5mL中的2.5mL过硫酸铵的水溶液；再反应2小时后，再次加入二乙烯基苯0.2克和剩余的2.5mL过硫酸铵的水溶液，反应约2.5小时后，反应全部结束，得到含有具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒的乳液，从而得到具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒，胶乳微粒的TEM照片如图1所示。

实施例2：具有“蘑菇头”形状的单分散聚合物胶乳微粒的制备

将单体混合物苯乙烯(38g)，甲基丙烯酸丁酯(2g)，甲基丙烯酸(2g)加入到含有pH缓冲剂碳酸氢钠(1g)和乳化剂十二烷基磺酸钠(0.015g)的去离子水(200mL)中，将所得到的乳液体系在转速为600rpm下搅拌混合，并用恒温水浴加热至75℃，加入50mL过硫酸钠的水溶液(1g过硫酸钠溶解于50mL去离子水中所得)中的25mL使反应开始进行；反应2小时后加入二乙烯基苯1.5克，并加入上述50mL过硫酸钠的水溶液剩余的25mL中的12.5mL；再反应3小时后，再次加入二乙烯基苯1克和剩余的12.5mL过硫酸钠的水溶液，反应约5小时后，反应全部结束，得到含有具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒的乳液，从而得到具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒。

实施例3：具有“蘑菇头”形状的单分散聚合物胶乳微粒的制备

将单体混合物甲基苯乙烯(5g)，甲基丙烯酸丁酯(0.25g)，丙烯酰胺(0.25g)加入到含有pH缓冲剂碳酸氢钾(0.125g)和乳化剂十二烷基苯磺酸钠(0.002g)的去离子水(25mL)中，将所得到的乳液体系在转速为250rpm下搅拌混合，并用恒温水浴加热至65℃，加入5mL过硫酸钾的水溶液(0.125g过硫酸钾溶解于5mL去离子水中所得)中的2.5mL使反应开始进行；反应1.5小时后加入二乙烯基苯0.3克，并加入上述5mL过硫酸钾的水溶液剩余的2.5mL中的1.25mL过硫酸钾的水溶液；再反应2小时后，再次加入剩余的1.25mL过硫酸钾的水溶液，反应约2.5小时后，反应全部结束，得到含有具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒的乳液，从而得到具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒。

实施例4.具有“蘑菇头”形状的单分散聚合物胶乳微粒的制备

将单体混合物苯乙烯(19g)，醋酸乙烯酯(1g)，丙烯氰(1g)加入到含有pH缓冲剂碳酸氢铵(0.5g)和乳化剂十二烷基苯磺酸钠(0.007g)的去离子水(50mL)中，将所得到的乳液体系在转速为400rpm下搅拌混合，并用恒温水浴加热至70℃，加入20mL过硫酸铵的水溶液(0.5g过硫酸铵溶解于20mL去离子水中所得)中的10mL使反应开始进行；反应2小时后加入二乙烯基苯0.6克，并加入上述20mL过硫酸铵的水溶液剩余的10mL中的5mL过硫酸铵水溶液；再反应3小时后，再次加入二乙烯基苯0.6克和剩余的5mL过硫酸铵的水溶液，反应约3.5小时后，反应全部结束，得到含有具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒的乳液，从而得到具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒。

实施例5.具有“蘑菇头”形状的单分散聚合物胶乳微粒的制备

将单体混合物苯乙烯(90g)，甲基丙烯酸甲酯(5g)，丙烯酸(5g)加入到含有pH缓冲剂碳酸氢钠(2.5g)和乳化剂十二烷基苯磺酸钠(0.035g)的去离子水(250mL)中，将所得到的乳液体系在转速为800rpm下搅拌混合，并用恒温水浴加热至75℃，加入100mL过硫酸铵的水溶液(2.5g过硫酸铵溶解于100mL去离子水中所得)中的50mL使反应开始进行；反应2小时后加入二乙烯基苯4克，并加入上述100mL过硫酸钾的水溶液剩余的50mL中的25mL过硫酸钠水溶液；再反应3小时后，再次加入二乙烯基苯2克和剩余的25mL过硫酸钠的水溶液，反应约5小时后，反应全部结束，得到含有具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒的乳液，从而得到具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒。

实施例6.具有“蘑菇头”形状的单分散聚合物胶乳微粒的制备

将单体混合物苯乙烯(9.5g)，甲基苯乙烯(9.5g)，甲基丙烯酸甲酯(0.5g)，甲基丙烯酸丁酯(0.5g)，丙烯酸(0.5g)和丙烯氰(0.5g)加入到含有pH缓冲剂碳酸氢铵(0.55g)和乳化剂十二烷基苯磺酸钠(0.0075g)的去离子水(110mL)中，将所得到的乳液体系在转速为500rpm下搅拌混合，并用恒温水浴加热至75℃，加入20mL过硫酸铵的水溶液(0.5g过硫酸铵溶解于20mL去离子水中所得)中的10mL使反应开始进行；反应2小时后加入二乙烯基苯0.8克，并加入上述20mL过硫酸铵的水溶液剩余的10mL中的5mL过硫酸铵的水溶液；再反应2.5小时后，再次加入二乙烯基苯0.4克和剩余的5mL过硫酸铵的水溶液，反应约3小时后，反应全部结束，得到含有具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒的乳液，从而得到具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒。

实施例7.具有“蘑菇头”形状的单分散聚合物胶乳微粒的制备

将单体混合物苯乙烯(30g)，甲基苯乙烯(10g)，醋酸乙烯酯(0.4g)，甲基丙烯酸丁酯(2g)，甲基丙烯酸(2g)和丙烯酰胺(1g)加入到含有pH缓冲剂碳酸氢钠(1.2g)和乳化剂十二烷基苯磺酸钠(0.015g)的去离子水(200mL)中，将所得到的乳液体系在转速为600rpm下搅拌混合，并用恒温水浴加热至75℃，加入40mL过硫酸钠的水溶液(1g过硫酸钠溶解于20mL去离子水中所得)中的20mL使反应开始进行；反应2小时后加入二乙烯基苯1.2克，并加入上述40mL过硫酸钠的水溶液剩余的20mL中的10mL过硫酸铵的水溶液；再反应3小时后，再次加入二乙烯基苯1.2克和剩余的10mL过硫酸铵的水溶液，反应约4小时后，反应全部结束，得到含有具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒的乳液，从而得到具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒。

实施例8.具有各向异性结构的光子晶体薄膜的制备

(1)在常温常压下，将实施例1得到的含有具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒(1g)的乳液均匀分散在去离子水(1g)和乙醇(3g)的混合溶剂中，得到含所述胶乳微粒的溶液；

(2)取一直径为6厘米的表面皿为容器，在表面皿中心底部放入一片1厘米见方的普通玻璃片或者石英玻璃片(用浓硫酸∶双氧水的体积比为3∶1的混合溶液煮沸清洗)。向表面皿中加入去离子水，使去离子水面刚刚没过所述玻璃片的上表面；用微量进样器取14μL步骤(1)所配置的含所述胶乳微粒的溶液，将其慢慢滴加于表面皿中的水面上。之后，具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒在水面上迅速铺展，组装30秒后，向去离子水面滴加0.2mL十二烷基苯磺酸钠的水溶液(浓度1g/L)；待去离子水和乙醇挥发后，可在所述玻璃片基底上得到具有六方紧密堆积结构，且组装单元统一取向的具有各向异性结构的单层光子晶体薄膜。具有各向异性结构的光子晶体薄膜的照片如图2所示，图中标尺为500nm。

以上述方法所制备得到的光子晶体薄膜替换步骤(2)所述玻璃片作为基底，采用层层组装的方法，重复上述步骤(2)，可以得到具有多层结构的三维有序的具有各向异性结构的光子晶体薄膜。用此种方法制备的光子晶体薄膜具有良好的光学性质，图3a为用层层组装的方法制得的层数为1-3层的光子晶体薄膜的反射光谱图，图3b为3层光子晶体薄膜在入射角为30度，60度和90度所测得的反射光谱图。

实施例9.具有各向异性结构的光子晶体薄膜的制备

(1)在常温常压下，将实施例3得到的含有具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒(1g)的乳液均匀分散在去离子水(2g)和甲醇(2g)的混合溶剂中，得到含所述胶乳微粒的溶液；

(2)取一直径为6厘米的表面皿为容器，在表面皿中心底部放入一片1厘米见方的导电玻璃片(用质量浓度为2～5％的碱液超声清洗)。向表面皿中加入去离子水，使去离子水面刚刚没过导电玻璃片的上表面；用微量进样器取30μL步骤(1)所配置的含所述胶乳微粒的溶液，将其慢慢滴加于表面皿中的水面上。之后，具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒在水面上迅速铺展，组装60秒后，向去离子水面滴加0.3mL十二烷基磺酸钠的水溶液(浓度1g/L)，待去离子水和甲醇挥发后，可在所述玻璃片基底上得到具有六方紧密堆积结构，且组装单元统一取向的具有各向异性结构的单层光子晶体薄膜。

以上述方法所制备得到的光子晶体薄膜替换步骤(2)所述导电玻璃片作为基底，采用层层组装的方法，重复上述步骤(2)，可以得到具有多层结构的三维有序的具有各向异性结构的光子晶体薄膜。

实施例10.具有各向异性结构的光子晶体薄膜的制备

(1)在常温常压下，将实施例4得到的含有具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒(1g)的乳液均匀分散在甲醇(1g)和乙醇(1g)溶剂中，得到含所述胶乳微粒的溶液；

(2)取一直径为6厘米的表面皿为容器，用微量进样器取10μL步骤(1)所配置的含所述胶乳微粒的溶液，将其慢慢滴加于表面皿中的水面上。之后，具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒在水面上迅速铺展，组装120秒后，在水面上形成一层薄膜，用镊子夹住云母或铜网(用标准铬酸洗液浸泡清洗)深入水下后轻轻捞起，待云母或铜网基底上醇和去离子水挥发后，可在所述云母或铜网基底上得到具有六方紧密堆积结构，且组装单元统一取向的具有各向异性结构的单层光子晶体薄膜。

以上述方法所制备得到的光子晶体薄膜替换步骤(2)所述基底，采用层层组装的方法，重复上述步骤(2)2遍，可以得到具有3层结构的三维有序的具有各向异性结构的光子晶体薄膜。

Claims

1.一种具有各向异性结构的光子晶体薄膜的制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

(1)在常温常压下，将具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒均匀分散在去离子水和醇的混合溶剂中，得到含所述具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒的溶液，并使含所述胶乳微粒的溶液的组成为具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒的含量为2～10wt％，醇含量为40～70wt％，余量为去离子水；

(2)将基底放入容器中，向容器中加入去离子水，使去离子水面刚刚没过基底的上表面；将步骤(1)配好的10～30μL的含胶乳微粒的溶液滴于容器中的水面上；具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒在水面上迅速铺展，组装30～120秒后，向去离子水中滴加浓度为1g/L的0～0.3mL表面活性剂；待去离子水和醇挥发后，具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒自由沉降于基底上，得到具有六方紧密堆积结构，且组装单元统一取向的具有各向异性结构的单层光子晶体薄膜；或

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：采用层层组装的方法，以步骤(2)中制得的光子晶体薄膜作为容器中的基底，重复步骤(2)，得到具有多层结构的三维有序的具有各向异性结构的光子晶体薄膜。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤(1)所述的含胶乳微粒的溶液中的具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒的含量为4wt％，去离子水为36wt％，醇含量为60wt％。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是：所述的具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒是单体1、单体2、单体3和单体4的共聚物；

所述的单体1是苯乙烯、甲基苯乙烯或它们的混合物；

所述的单体2是甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、醋酸乙烯酯中的一种或它们之间的任意混合物；

所述的单体3是丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯氰中的一种或它们之间的任意混合物；

所述单体4是二乙烯基苯。

5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是：所述的醇是甲醇、乙醇或它们的混合物。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的表面活性剂是十二烷基苯磺酸钠或十二烷基磺酸钠。

7.一种具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒的合成方法是通过乳液聚合法进行制备：

将单体1、单体2和单体3均匀混合分散在含有pH缓冲剂和乳化剂的去离子水溶液中，将所得到的乳液体系在转速为250～800rpm下搅拌均匀混合，恒温水浴加热至温度为60～80℃，加入引发剂总量为1/2的引发剂使反应开始，待反应1.5～2小时后，向溶液中滴加交联剂单体4并加入引发剂总量1/4的引发剂，继续反应2～3小时后，向溶液中再次滴加单体4和引发剂总量1/4的引发剂，继续反应2～5小时后反应结束，得到具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒；

其中单体1、单体2、单体3和单体4的总重量是5～100克；单体1占单体1、单体2、单体3和单体4总重量的84～90wt％，单体2占3～4wt％，单体3占3～4wt％，单体4占2～8wt％；

所述的引发剂总用量相当于单体1、单体2、单体3和单体4总量的0.1～1wt％；

所述的单体1是苯乙烯、甲基苯乙烯或它们的混合物；

所述单体4是二乙烯基苯。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征是：所述的pH缓冲剂是碳酸氢钠、碳酸氢钾或碳酸氢铵；

所述的乳化剂是十二烷基苯磺酸钠或十二烷基磺酸钠；

所述的引发剂是以水溶液的形式引入反应体系中，其是过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征是：所述的向溶液中滴加交联剂单体4并加入引发剂总量1/4的引发剂是待反应1.5小时后，继续反应2小时，向溶液中再次滴加单体4和引发剂总量1/4的引发剂，继续反应2.5小时反应结束。

10.一种用于制备权利要求1所述的具有各向异性结构的光子晶体薄膜的具有“蘑菇头”形状的单分散胶乳微粒是由权利要求7～9的方法制得的。