CN102690432A - 一种基于光子晶体的白光光源的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发光与照明技术领域，涉及光子晶体的应用技术，尤其涉及基于光子晶体的白光光源的制备方法。本发明是以光子晶体选择性增强荧光染料的荧光强度，通过蓝、橙二基色复合获得白色荧光。本发明主要是利用光子晶体的光子禁带性质以及部分荧光共振能量转移原理，在光子晶体薄膜上旋涂发射蓝、橙两种颜色的荧光染料掺杂的高分子薄膜。通过紫外光源激发，两种染料间发生部分荧光共振能量转移，同时发射蓝、橙两种不同波长的荧光，通过光子晶体的荧光调控作用使得二基色的荧光光谱相匹配，从而获得白色荧光。本发明的方法工艺简单、制备成本低廉，得到的白光光源的发光效率高，可应用于显示器件的白色背景照明、辅助光源和白色照明光源等。
Description
技术领域
本发明属于发光与照明技术领域，涉及光子晶体的应用技术，尤其涉及利用光子晶体的布拉格镜面反射效应的这一性质，以光子晶体调控荧光共振能量转移给体-受体对的二色荧光强度，得到光谱满足白光条件的高效率制备白光光源的方法。
背景技术
荧光染料分子是指吸收某一波长的光波后能发射出另一波长大于吸收光的光波的物质。荧光染料在发光、照明方面具有广泛的应用。近些年来，由于能源危机以及照明的需要，人们对照明光源特别是白光光源的研究产生了很大的兴趣。白光光源的制备目前所采用的方法包括以下几个方面：(1)通过三基色(蓝、绿、红)或者二基色(蓝、橙)的复合产生白色光；(2)通过波长的下转换产生白光。
对于二基色荧光复合制备白光光源而言，一个常用的方法是基于荧光共振能量转移(FRET)原理，通过单波长激发，得到两种不同发射波长的荧光。在部分FRET过程中，给体受激发后，将一部分能量通过光波发射形成荧光，另一部分能量通过偶极-偶极间的作用传递到受体，使得受体发射荧光。因而形成二色复合的荧光。当两种荧光光谱匹配时，通过光谱计算得到的CIE值落在白光区域，由此得到白光光源。其中FRET效率强烈依赖于给体受体间的距离，通常利用FRET现象的技术都需要通过特殊的设计，使得给体与受体间的距离在能够实现转移的范围内，达到较高效率的转移。
本发明的方法是在实验室已有技术的基础上，基于光子晶体可以对荧光光谱进行调控的原理，通过特定波长的光子晶体调节给体与受体的光谱，使得给体与受体的光谱匹配，从而得到白色荧光。本发明不需要经过繁琐的设计拉近能量转移中的给体-受体对，只需要借助光子晶体对荧光信号的放大作用，对于仅存在微弱的能量转移效应的荧光分子对，利用光子晶体增强光谱中较弱的荧光部分，从而获得白光光源。本发明的这一思路，目前未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用光子晶体调控二色荧光的光谱以得到白光光源的方法，利用光子晶体在光子禁带的频率范围内光不能透过而被反射的性质以及部分荧光共振能量转移的原理，用以调控二色荧光的光谱，实现紫外激发双波长发射，并对其中较弱的荧光部分选择性增强而对另外一部分光谱基本不产生影响。
本发明是以光子晶体选择性增强荧光染料的荧光强度，通过蓝、橙二基色复合获得白色荧光。本发明主要是利用光子晶体的光子禁带性质以及部分荧光共振能量转移(FRET)原理，在光子晶体薄膜上旋涂发射蓝、橙两种颜色的荧光染料掺杂的高分子薄膜。通过紫外光源激发，两种染料间发生部分荧光共振能量转移，同时发射蓝、橙两种不同波长的荧光，通过光子晶体的荧光调控作用使得二基色的荧光光谱相匹配，从而获得白色荧光。
本发明中涉及的调控二色荧光的光谱得到白光光源的方法，其基本要求是在不改变光子晶体结构和光学性质的基础上，利用光子晶体的光子禁带性质，在耐溶剂性的光子晶体上旋涂两种染料掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的氯仿溶液，耐溶剂性的光子晶体在某一范围内对一定波长的光具有反射的性质，而对于另外一些范围的光不会产生影响，从而实现对光谱的调控，增强光谱中较弱的部分，形成光谱匹配的白色荧光。
本发明利用光子晶体对荧光的选择性增强作用增强荧光共振能量转移中较弱的光，使得不需要经过特殊的设计拉近给体-受体间的距离以提高转移效率即可得到较强的受体发射荧光。本发明的方法使得在给体中只需要掺杂少量的受体，从而减小受体对给体的荧光淬灭效应。利用光子晶体对受体光谱的选择性增强以使其与给体光谱相匹配，由此得到高效率的白光光源。
本发明的基于光子晶体的白光光源的制备方法包括以下步骤：
(1)将含有浓度为0.3～0.5wt％的相同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球的乳液置于恒温恒湿箱中，于温度为70～90℃和湿度为70～90％的条件下，采用自组装的方法，将上述相同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球沉积在基底(如玻璃、硅片或不锈钢板等)上，在基底上形成由相同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜；
(2)参照CN200810117465.X的方法，将步骤(1)制备得到的光子晶体薄膜制备成耐溶剂性的光子晶体薄膜；即将步骤(1)制备得到的光子晶体薄膜浸入掺杂有光引发剂和交联剂的聚合物单体溶液中，然后取出，将一块干净的玻璃片盖在渗入有掺杂有光引发剂和交联剂的聚合物单体溶液的步骤(1)得到的光子晶体薄膜上；用紫外灯照射步骤(1)得到的光子晶体薄膜，使紫外光透过玻璃片照射在光子晶体薄膜上，使其中的聚合物单体聚合，聚合完成后，即可将步骤(1)制备得到的光子晶体薄膜制备成耐溶剂性的光子晶体薄膜；
(3)配制蓝色荧光染料、橙色荧光染料和易于成膜的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)三种混合物的氯仿溶液，将上述三种混合物的氯仿溶液旋涂于步骤(2)制备得到的耐溶剂性的光子晶体薄膜的表面，即制备得到基于光子晶体的白光光源。
所述的耐溶剂性的光子晶体的光子禁带与橙色荧光染料发出的橙色荧光峰相匹配。利用耐溶剂性的光子晶体的禁带选择性反射橙色荧光染料发出的较弱的橙色荧光，增强橙色荧光染料发出的橙色荧光的荧光信号。
所述的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球的粒径范围是220nm～248nm。
所述的由相同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜的厚度大约为10～20μm。
所述的由相同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体的光子禁带范围是550nm～620nm。
本发明的方法中，所述的三种混合物的氯仿溶液的配制方法可为：分别配制物质的量的浓度为1×10-3M～1×10-4M的蓝色荧光染料和5.4×10-6M～5.4×10-5M橙色荧光染料的氯仿溶液，配制质量浓度为0.01g/mL～0.03g/mL的聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液；取1000μL～2000μL的上述聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液、600μL～800μL的上述蓝色荧光染料的氯仿溶液和16～160μL的上述橙色荧光染料的氯仿溶液以及0～144μL的氯仿混合，即可得到所述的三种混合物的氯仿溶液。
所述的蓝色荧光染料是苝。所述的橙色荧光染料是尼罗红。
为得到色度坐标值(CIE值)尽量接近白光坐标(0.33，0.33)的光源，要求耐溶剂性的光子晶体对橙色荧光染料发出的较弱的橙色荧光峰的增强恰当，即增强以后的橙色荧光光谱与蓝色荧光光谱的强度相匹配，蓝色荧光与橙色荧光复合的荧光光谱经过运算以后在CIE图上的坐标值尽量接近(0.33，0.33)，即通过光子晶体的部分增强以后的二色复合荧光光谱落在CIE坐标图的白光区域。
本发明的方法中，对蓝色荧光染料分子和橙色荧光染料分子的选择的基本要求是：两种染料分子的荧光光谱经过计算所得到的CIE值其连线经过CIE图中的白光区域，且两种染料分子的荧光光谱满足荧光共振能量转移条件，即其中的一种染料分子的荧光发射光谱与另外一种染料分子的吸收光谱有一定的重叠，以利于荧光共振能量转移的产生。
本发明的方法中，对光子晶体的选择的基本要求是：首先要求光子晶体具有耐有机溶剂的性质，在由此光子晶体构成的薄膜上旋涂有机溶液不会对其光学性质造成破坏。其次要求光子晶体的禁带位置合适，即具有此种禁带的光子晶体能够对较弱的橙色荧光具有适当的增强，而对蓝色荧光基本不产生影响，使得增强以后的橙色荧光与蓝色荧光的荧光光谱相匹配，计算以后得到的CIE值尽量靠近(0.33，0.33)。所用的光子晶体的种类有：由含有(粒径大小为220nm～248nm)单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)的乳液通过自组装沉积成膜得到。
本发明中参照CN200810117465.X的方法将步骤(1)制备得到的光子晶体薄膜制备成耐溶剂性的光子晶体的薄膜，可具体为：
1)将由相同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜浸入掺杂有光引发剂和交联剂的聚合物单体溶液中，使掺杂有光引发剂和交联剂的聚合物单体溶液均匀渗入到由相同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜的空隙中；然后取出，将一块干净的玻璃片(包括普通玻璃片、石英玻璃片)盖在渗入有掺杂有光引发剂和交联剂的聚合物单体溶液的由相同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜上；
2)用紫外灯照射步骤1)得到的光子晶体薄膜，使紫外光透过玻璃片照射在光子晶体薄膜上，使其中的聚合物单体聚合，聚合完成后，即可得到耐溶剂性的光子晶体薄膜。
所述的由相同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜浸入掺杂有光引发剂和交联剂的聚合物单体溶液中的时间是1～10分钟。
所用紫外灯的紫外光波长为365nm或254nm，光强度约为5～50mw/cm2，照射时间约为10～60分钟。
所用的聚合物单体溶液的质量浓度为2％～5％，聚合物单体是丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯或异丙基丙烯酰胺等可以光聚合的含不饱和双键的材料。
所述的光引发剂和交联剂的用量均为聚合物单体质量的1～3％。
所述的光引发剂是二乙氧基苯己酮(DEOP)。
所述的交联剂是N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)。
本发明的方法主要是利用光子晶体的光子禁带性质和荧光共振能量转移原理，在耐溶剂性的光子晶体的表面旋涂两种染料荧光分子掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液，两种染料荧光分子可以发生荧光共振能量转移，且两种染料荧光分子发射的荧光符合白光的复合条件，即使得增强以后的橙色荧光与蓝色荧光的荧光光谱相匹配，得到的CIE值连线经过白光区域。由于耐溶剂性的光子晶体具有光子禁带的性质，可以选择性的反射与其禁带波长相同的光而对其它波长的光无影响，因此可以利用耐溶剂性的光子晶体选择性增强荧光共振能量转移所得的较弱的光，从而实现其光谱的匹配，得到白色光源。
本发明的方法工艺简单、制备成本低廉。本发明的方法得到的白光光源的发光效率高，可应用于显示器件的白色背景照明、辅助光源和白色照明光源等。
本发明方法的优点在于：
1.本发明的方法简单、成本低廉，可以较大面积的制备白色发光平面。
2.本发明使得利用荧光共振能量转移时，不需要经过特殊的设计拉近给体-受体间的距离以提高转移效率，只需要给体受体间产生微弱转移，即可通过耐溶剂性的光子晶体增强其中较弱的荧光，以实现光谱的匹配从而更简单的得到白色光。
3.利用耐溶剂性的光子晶体增强荧光共振能量转移体系中较弱的荧光这一思想，在其它设计到荧光共振能量转移的传感检测以及照明方面具有启发作用。
4.本发明对于白光照明的设计具有重要的实际应用意义。
以下结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1A.本发明实施例1中所用的蓝色荧光染料分子苝和甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液旋涂于普通玻璃上的荧光发射光谱图。
图1B.本发明实施例1中所用的橙色荧光染料分子尼罗红和甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液旋涂于普通玻璃上的荧光发射光谱图。
图2.本发明实施例1中根据苝和尼罗红的荧光发射光谱计算得到的对应CIE值在CIE图中的坐标图。
图3.本发明实施例1的方法中所用蓝、橙两种染料分子掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液旋涂在普通玻璃的表面的荧光光谱图(所用的激发波长为365nm)。
图4.本发明实施例1所得的光子晶体的扫描电镜照片。
图5A.本发明实施例1所得的白光光源的荧光光谱。
图5B.本发明实施例1所得的白光光源的CIE坐标值。
具体实施方式
实施例1
(1)将含有浓度为0.3wt％的平均粒径为220nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球的乳液(该含有平均粒径为220nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球的乳液，直接由制备单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球时得到)置于恒温恒湿箱(KCL2000型恒温恒湿箱，东京理化器械株式会社)中，于温度为70℃和湿度为70％的条件下，采用自组装的方法，将上述单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球沉积在普通玻璃片上，在普通玻璃片上形成由单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜，其扫描电镜照片如图4所示；光子晶体薄膜的厚度大约为10μm。由单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体的禁带为550nm；
(2)参照CN200810117465.X方法，将步骤(1)制备得到的带有光子晶体薄膜的普通玻璃片浸入含质量浓度为2％的丙烯酰胺、质量浓度为0.02％的二乙氧基苯基酮和质量浓度为0.02％的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液中1分钟，使掺杂有丙烯酰胺、二乙氧基苯基酮和N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液均匀渗入到由平均粒径为220nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜的空隙中；然后取出，擦干没有光子晶体薄膜的一面，将另一块干净的普通玻璃片覆盖在渗入有掺杂有丙烯酰胺、二乙氧基苯基酮和N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液的由平均粒径为220nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜上，用紫外灯照射夹在两片普通玻璃片之间的步骤(1)得到的光子晶体薄膜，使紫外光透过普通玻璃片照射在光子晶体薄膜上，使其中的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺单体聚合；聚合完成后，即将步骤(1)制备得到的光子晶体薄膜制备成耐溶剂性的光子晶体薄膜；所用紫外灯的波长为365nm，光强度为5mw/cm2，照射时间15分钟；
(3)分别配制1×10-3M的苝的氯仿溶液、5.4×10-6M的尼罗红的氯仿溶液和0.01g/ml的聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液；取1000μL的上述聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液、600μL的上述苝的氯仿溶液和160μL的上述尼罗红的氯仿溶液混合，得到蓝、橙两种染料分子掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液；取50μL上述三种混合物的氯仿溶液，以900转/s的旋涂速度旋涂于步骤(2)制备得到的耐溶剂性的光子晶体薄膜的表面，自然干燥，即制备得到基于光子晶体的白光光源。根据苝和尼罗红的荧光发射光谱计算得到的对应CIE值在CIE图中的坐标如图2所示。使用F-4500荧光光谱仪(所用的激发波长为365nm)观察所得的白光光源的荧光光谱如图5A所示；所得的白光光源的CIE坐标值如图5B所示。上述耐溶剂性的光子晶体的光子禁带与尼罗红荧光染料发出的橙色荧光峰相匹配，利用耐溶剂性的光子晶体的禁带选择性反射尼罗红荧光染料发出的橙色荧光，增强尼罗红荧光染料发出的橙色荧光的信号，从而得到白色光。
作为对比，取50μL的上述苝的氯仿溶液和1000μL的上述聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液混合后，以900转/s的旋涂速度旋涂于普通玻璃的表面，自然干燥，然后使用F-4500荧光光谱仪观察其荧光光谱(所用的激发波长为365nm)。如图1A所示。
作为对比，取50μL的上述尼罗红的氯仿溶液和1000μL的上述聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液混合后，以900转/s的旋涂速度旋涂于普通玻璃的表面，自然干燥，然后使用F-4500荧光光谱仪观察其荧光光谱(所用的激发波长为365nm)。如图1B所示。
作为对比，取50μL的上述蓝、橙两种染料分子掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液，以900转/s的旋涂速度旋涂于普通玻璃的表面，自然干燥，然后使用F-4500荧光光谱仪观察其荧光光谱(所用的激发波长为365nm)。如图3所示。
实施例2
(1)将含有浓度为0.5wt％的平均粒径为248nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球的乳液(该含有平均粒径为248nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球的乳液，直接由制备单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球时得到)置于恒温恒湿箱(KCL2000型恒温恒湿箱，东京理化器械株式会社)中，于温度为90℃和湿度为90％的条件下，采用自组装的方法，将上述单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球沉积在普通玻璃片上，在普通玻璃片上形成由单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜；光子晶体薄膜的厚度大约为20μm。由单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体的禁带为620nm。
(2)参照CN200810117465.X方法，将步骤(1)制备得到的带有光子晶体薄膜的普通玻璃片浸入含质量浓度为5％的丙烯酰胺、质量浓度为0.15％的二乙氧基苯基酮和质量浓度为0.15％的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液中10分钟，使掺杂有丙烯酰胺、二乙氧基苯基酮和N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液均匀渗入到由平均粒径为248nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜的空隙中；然后取出，擦干没有光子晶体薄膜的一面，将另一块干净的普通玻璃片覆盖在渗入有掺杂有丙烯酰胺、二乙氧基苯基酮和N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液的由平均粒径为248nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜上，用紫外灯照射夹在两片普通玻璃片之间的步骤(1)得到的光子晶体薄膜，使紫外光透过普通玻璃片照射在光子晶体薄膜上，使其中的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺单体聚合；聚合完成后，即将步骤(1)制备得到的光子晶体薄膜制备成耐溶剂性的光子晶体薄膜；所用紫外灯的波长为254nm，光强度为50mw/cm2，照射时间15分钟；
(3)分别配制1×10-4M的苝的氯仿溶液、5.4×10-5M的尼罗红的氯仿溶液和0.03g/ml的聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液；取2000μL的上述聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液、800μL的上述苝的氯仿溶液和16μL的上述尼罗红的氯仿溶液混合，得到蓝、橙两种染料分子掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液；取50μL上述三种混合物的氯仿溶液，以900转/s的旋涂速度旋涂于步骤(2)制备得到的耐溶剂性的光子晶体薄膜的表面，自然干燥，即制备得到基于光子晶体的白光光源。上述耐溶剂性的光子晶体的光子禁带与尼罗红荧光染料发出的橙色荧光峰相匹配，利用耐溶剂性的光子晶体的禁带选择性反射尼罗红荧光染料发出的橙色荧光，增强尼罗红荧光染料发出的橙色荧光的信号，从而得到白色光。
实施例3
(1)将含有浓度为0.4wt％的平均粒径为229nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球的乳液(该含有平均粒径为229nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球的乳液，直接由制备单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球时得到)置于恒温恒湿箱(KCL2000型恒温恒湿箱，东京理化器械株式会社)中，于温度为80℃和湿度为80％的条件下，采用自组装的方法，将上述单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球沉积在普通玻璃片上，在普通玻璃片上形成由单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的蛋白石型的光子晶体薄膜；光子晶体薄膜的厚度大约为14μm。由单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体的禁带为573nm。
(2)参照CN200810117465.X方法，将步骤(1)制备得到的带有光子晶体薄膜的普通玻璃片浸入含质量浓度为4％的丙烯酰胺、质量浓度为0.12％的二乙氧基苯基酮和质量浓度为0.12％的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液中5分钟，使掺杂有丙烯酰胺、二乙氧基苯基酮和N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液均匀渗入到由平均粒径为229nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜的空隙中；然后取出，擦干没有光子晶体薄膜的一面，将另一块干净的普通玻璃片覆盖在渗入有掺杂有丙烯酰胺、二乙氧基苯基酮和N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液的由平均粒径为229nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜上，用紫外灯照射夹在两片普通玻璃片之间的步骤(1)得到的光子晶体薄膜，使紫外光透过普通玻璃片照射在光子晶体薄膜上，使其中的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺单体聚合；聚合完成后，即将步骤(1)制备得到的光子晶体薄膜制备成耐溶剂性的光子晶体薄膜；所用紫外灯的波长为365nm，光强度为40mw/cm2，照射时间15分钟；
(3)分别配制5×10-4M的苝的氯仿溶液、2.7×10-5M的尼罗红的氯仿溶液和0.02g/ml的聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液；取1500μL的上述聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液、700μL的上述苝的氯仿溶液、100μL的上述尼罗红的氯仿溶液和124μL的氯仿混合，得到蓝、橙两种染料分子掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液；取50μL上述蓝、橙两种染料分子掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液，以900转/s的旋涂速度旋涂于步骤(2)制备得到的耐溶剂性的光子晶体薄膜的表面，自然干燥，即制备得到基于光子晶体的白光光源。上述耐溶剂性的光子晶体的光子禁带与尼罗红荧光染料发出的橙色荧光峰相匹配，利用耐溶剂性的光子晶体的禁带选择性反射尼罗红荧光染料发出的橙色荧光，增强尼罗红荧光染料发出的橙色荧光的信号，从而得到白色光。
实施例4
(1)将含有浓度为0.3wt％的平均粒径为248nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球的乳液(该含有平均粒径为248nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球的乳液，直接由制备单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球时得到)置于恒温恒湿箱(KCL2000型恒温恒湿箱，东京理化器械株式会社)中，于温度为70℃和湿度为70％的条件下，采用自组装的方法，将上述单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球沉积在普通玻璃片上，在普通玻璃片上形成由单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜；光子晶体薄膜的厚度大约为10μm。由单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体的禁带为620nm。
(2)参照CN200810117465.X方法，将步骤(1)制备得到的带有光子晶体薄膜的普通玻璃片浸入含质量浓度为5％的丙烯酰胺、质量浓度为0.15％的二乙氧基苯基酮和质量浓度为0.15％的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液中5分钟，使掺杂有丙烯酰胺、二乙氧基苯基酮和N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液均匀渗入到由平均粒径为248nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜的空隙中；然后取出，擦干没有光子晶体薄膜的一面，将另一块干净的普通玻璃片覆盖在渗入有掺杂有丙烯酰胺、二乙氧基苯基酮和N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液的由平均粒径为248nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜上，用紫外灯照射夹在两片普通玻璃片之间的步骤(1)得到的光子晶体薄膜，使紫外光透过普通玻璃片照射在光子晶体薄膜上，使其中的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺单体聚合；聚合完成后，即将步骤(1)制备得到的光子晶体薄膜制备成耐溶剂性的光子晶体薄膜；所用紫外灯的波长为254nm，光强度为50mw/cm2，照射时间15分钟。
(3)分别配制1×10-4M的苝的氯仿溶液、5.4×10-5M的尼罗红的氯仿溶液和0.03g/ml的聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液；取2000μL的上述聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液、800μL的上述苝的氯仿溶液和160μL的上述尼罗红的氯仿溶液混合，得到蓝、橙两种染料分子掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液；取50μL上述蓝、橙两种染料分子掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液，以900转/s的旋涂速度旋涂于步骤(2)制备得到的耐溶剂性的光子晶体薄膜的表面，自然干燥，即制备得到基于光子晶体的白光光源。上述耐溶剂性的光子晶体的光子禁带与尼罗红荧光染料发出的橙色荧光峰相匹配，利用耐溶剂性的光子晶体的禁带选择性反射尼罗红荧光染料发出的橙色荧光，增强尼罗红荧光染料发出的橙色荧光的信号，从而得到白色光。
Claims (10)
1.一种基于光子晶体的白光光源的制备方法，其特征是，所述的制备方法包括以下步骤：
(1)将含有浓度为0.3～0.5wt％的相同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球的乳液置于恒温恒湿箱中，于温度为70～90℃和湿度为70～90％的条件下，采用自组装的方法，将上述相同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球沉积在基底上，在基底上形成由相同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜；
(2)将步骤(1)制备得到的光子晶体薄膜浸入掺杂有光引发剂和交联剂的聚合物单体溶液中，然后取出，将一块干净的玻璃片盖在渗入有掺杂有光引发剂和交联剂的聚合物单体溶液的步骤(1)得到的光子晶体薄膜上；用紫外灯照射步骤(1)得到的光子晶体薄膜，使紫外光透过玻璃片照射在光子晶体薄膜上，使其中的聚合物单体聚合，聚合完成后，得到耐溶剂性的光子晶体薄膜；
(3)配制蓝色荧光染料、橙色荧光染料和易于成膜的聚甲基丙烯酸甲酯三种混合物的氯仿溶液，将上述三种混合物的氯仿溶液旋涂于步骤(2)制备得到的耐溶剂性的光子晶体薄膜的表面，制备得到基于光子晶体的白光光源。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的耐溶剂性的光子晶体的光子禁带与橙色荧光染料发出的橙色荧光峰相匹配，利用耐溶剂性的光子晶体的禁带选择性反射橙色荧光染料发出的橙色荧光，增强橙色荧光染料发出的橙色荧光的信号。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的由相同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜的厚度为10～20μm。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征是：所述的由相同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体的光子禁带范围是550nm～620nm。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：所述的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球的粒径范围是220nm～248nm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的三种混合物的氯仿溶液的配制为：分别配制物质的量的浓度为1×10-3M～1×10-4M的蓝色荧光染料和5.4×10-6M～5.4×10-5M的橙色荧光染料的氯仿溶液，配制质量浓度为0.01g/mL～0.03g/mL的聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液；取1000μL～2000μL的上述聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液、600μL～800μL的上述蓝色荧光染料的氯仿溶液和16～160μL的上述橙色荧光染料的氯仿溶液以及0～144μL的氯仿混合，得到所述的三种混合物的氯仿溶液。
7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征是：所述的蓝色荧光染料是苝；所述的橙色荧光染料是尼罗红。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的光子晶体薄膜浸入掺杂有光引发剂和交联剂的聚合物单体溶液中的时间是1～10分钟。
9.根据权利要求1或8所述的制备方法，其特征是：所述的聚合物单体溶液的质量浓度为2％～5％；
所述的光引发剂和交联剂的用量均为聚合物单体质量的1～3％；
所述的聚合物单体是丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯或异丙基丙烯酰胺；
所述的光引发剂是二乙氧基苯己酮；
所述的交联剂是N，N’-亚甲基双丙烯酰胺。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的紫外灯的紫外光波长为365nm或254nm，光强度为5～50mw/cm2。
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