CN103288492B - 一种红色光子晶体结构色釉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红色光子晶体结构色釉的制备方法，属于陶瓷釉制备技术领域，包括以下步骤：1）按体积百分比取无水乙醇、氨水、水及正硅酸乙酯，先将无水乙醇、氨水和水充分混匀后，再加入正硅酸乙酯，搅拌反应得到SiO2微球悬浮液；2）将SiO2微球反应液离心后取沉淀，沉淀经洗涤、干燥得到单分散SiO2微球；3）将单分散SiO2微球加入无水乙醇中，超声分散得到SiO2微球乳浊液；4）取陶瓷基底，垂直浸入SiO2微球乳浊液中，真空干燥至SiO2微球乳浊液中的无水乙醇完全挥发后，在陶瓷基底表面制得红色光子晶体结构色釉。本发明不用引入色料或着色氧化物，因而具有节能、环保的优点，具有广阔的应用前景，可用于艺术瓷、仿古瓷、墙地砖及其它陶瓷的红色釉的制备。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷釉制备技术领域，具体涉及一种红色光子晶体结构色釉的制备方法。
背景技术
结构色是由物质的结构特征所引起的光的反射、干涉或衍射，从而产生结构色，是当今颜色化学的一个崭新方向。结构生色主要通过介电层堆叠、蚀刻平版印刷与胶体组装等技术实现，其中胶体组装法简单易行，速度相对较快，目前应用最广泛。主要是是将胶粒进行有序组装，形成高低折射率材料交替排列的光子晶体，具有光子带隙特性，当入射光频率处在光子带隙中，不能穿过光子晶体，被强烈反射，产生色彩。
纵观国内的陶瓷釉产业，其颜色基本都是用色料制成，颜色随着烧成温度，烧成气氛的变化而不稳定，容易出现杂色、釉斑等缺陷。除此，红色是陶瓷釉中最难制备的颜色，古瓷中的铜红釉烧成极不稳定，因此有“若要穷烧郎红”、钧红“十窑九不成”之说。而现代的硫硒化镉大红，不仅成本极高，而且制备过程有一定的毒性污染物排放。
发明内容
本发明的目的在于提供一种色彩鲜艳、不易褪色、无毒无污染的红色光子晶体结构色釉的制备方法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种红色光子晶体结构色釉的制备方法，包括以下步骤：
1）按体积百分比，取80～90%的无水乙醇，4～10%的质量浓度为25～28%的氨水，1～5%的水，及5%的正硅酸乙酯，先将无水乙醇、氨水和水充分混匀后，再在30～50℃下，加入正硅酸乙酯，搅拌反应2～5h后，得到SiO2微球反应液，将SiO2微球反应液离心后，取沉淀，沉淀经洗涤、干燥后，得到单分散SiO2微球；
2）将单分散SiO2微球加入无水乙醇中，超声分散40～60min，得到SiO2微球乳浊液；所述单分散微球占SiO2微球乳浊液质量的5～8%；
3）取陶瓷基底，垂直浸入SiO2微球乳浊液中，在40～60℃下，真空干燥至SiO2微球乳浊液中的无水乙醇完全挥发后，在陶瓷基底表面制得红色光子晶体结构色釉。
还包括对制得的红色光子晶体结构色釉进行热处理，是在500～600℃下，保温1～3h后，冷却，得到珠光红色光子晶体结构色釉。
所述的热处理是在马弗炉中进行的。
所述的冷却是随炉冷却至室温。
步骤1）所述的离心是在4000～8000r/min下，离心10～20min。
步骤1）所述对沉淀的洗涤是将沉淀先经去离子水洗2～4次，再经无水乙醇水洗2～4次。
步骤1）所述的干燥是在60～80℃下进行的。
所述的陶瓷基底在使用前经过清洁处理，是将陶瓷基底用双氧水浸泡后，先用去污剂清洗，再进行超声清洗，最后用无水乙醇清洗后，干燥，备用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明采用垂直沉积法，使SiO2纳米粒子在陶瓷基底表面自组装为周期性排列结构，从而制得光子晶体结构色红色釉，该结构色红色釉色彩艳丽，不易产生杂色和釉斑，且不易褪色，解决了化学色料需要燃烧合成而造成的环境污染问题，同时，由于制备过程中不引入化学色料或着色氧化物，因而降低了红色陶瓷釉的生产成本。本发明方法简单易行，环境友好，适合工业化生产，具有广阔的应用前景。
进一步地，还可以对制得光子晶体结构色红色釉进行热处理，以增强其附着力，通过本发明的进一步热处理，可得到表面呈珠光红般艳丽的光子晶体结构色珠光红色釉。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
红色光子晶体结构色釉的制备方法，包括以下步骤：
1）按体积百分比，取80%的无水乙醇，10%的、质量浓度为25%的氨水，5%的去离子水及5%的正硅酸乙酯，先将无水乙醇、氨水和去离子水置于三口烧瓶中，充分混匀后，置于40℃的恒温水浴锅中，待温度恒定后，再加入正硅酸乙酯，反应3.5h得到SiO2微球反应液；
2）将SiO2微球反应液在6000r/min下离心15min后，取沉淀，用去离子水洗2次，再用无水乙醇洗2次后，置于电热鼓风干燥箱中，在60℃下干燥，得到单分散SiO2微球；
3）将单分散SiO2微球加入无水乙醇中，超声分散45min，得到SiO2微球乳浊液；所述单分散微球占SiO2微球乳浊液质量的6.5%；
4）将洁净的陶瓷砖垂直浸入SiO2微球乳浊液中，在60℃下，真空干燥至SiO2微球乳浊液中的无水乙醇完全挥发后，在陶瓷砖表面制得光子晶体结构色红色釉。
所述的陶瓷砖在使用前经过清洁处理，是将陶瓷砖用双氧水浸泡后，先用去污剂清洗，再进行超声清洗，最后用无水乙醇清洗后，干燥后备用。
实施例2
1）按体积百分比，取80%的无水乙醇，10%的、质量浓度为25%的氨水，5%的去离子及5%的正硅酸乙酯，先将无水乙醇、氨水和去离子水置于三口烧瓶中，充分混合均匀后，置于40℃的恒温水浴锅中，待温度恒定后，再加入正硅酸乙酯，反应3.5h，得到SiO2微球反应液；
2）将SiO2微球反应液在5000r/min下离心10min后，取沉淀，用去离子水洗2次，再用无水乙醇洗2次后，置于电热鼓风干燥箱中，在60℃下干燥，得到单分散SiO2微球；
3）将单分散SiO2微球加入无水乙醇中，超声分散40min，得到SiO2微球乳浊液；所述单分散微球占SiO2微球乳浊液质量的6.5%；
4）将陶瓷砖垂直浸入SiO2微球乳浊液中，在50℃下，真空干燥至SiO2微球乳浊液中的无水乙醇完全挥发后，在陶瓷砖表面制得光子晶体结构色红色釉；
所述的陶瓷砖在使用前经过清洁处理，是将陶瓷砖用双氧水浸泡后，先用去污剂清洗，再进行超声清洗，最后用无水乙醇清洗后，干燥后备用；
5）将制得的光子晶体结构色红色釉置于马弗炉中，在550℃下，热处理2h后，冷却至室温，得到呈珠光红般艳丽的光子晶体结构色红色釉。
实施例3
红色光子晶体结构色釉的制备方法，包括以下步骤：
1）按体积百分比，取90%的无水乙醇，4%的、质量浓度为27%的氨水，1%的去离子水及5%的正硅酸乙酯，先将无水乙醇、氨水和去离子水置于三口烧瓶中，充分混匀后，置于30℃的恒温水浴锅中，待温度恒定后，再加入正硅酸乙酯，反应5h得到SiO2微球反应液；
2）将SiO2微球反应液在4000r/min下离心20min后，取沉淀，用去离子水洗3次，再用无水乙醇洗3次后，置于电热鼓风干燥箱中，在60℃下干燥，得到单分散SiO2微球；
3）将单分散SiO2微球加入无水乙醇中，超声分散40min，得到SiO2微球乳浊液；所述单分散微球占SiO2微球乳浊液质量的5.0%；
4）将陶瓷砖垂直浸入SiO2微球乳浊液中，在50℃下，真空干燥至SiO2微球乳浊液中的无水乙醇完全挥发后，在陶瓷砖表面制得光子晶体结构色红色釉；
所述的陶瓷砖在使用前经过清洁处理，是将陶瓷砖用双氧水浸泡后，先用去污剂清洗，再进行超声清洗，最后用无水乙醇清洗后，干燥后备用；
5）将制得的光子晶体结构色红色釉置于马弗炉中，在500℃下，热处理3h，冷却至室温，得到呈珠光红般艳丽的光子晶体结构色红色釉。
实施例4
1）按体积百分比，取86%的无水乙醇，4%的、质量浓度为28%的氨水，5%的去离子水及5%的正硅酸乙酯，先将无水乙醇、氨水和去离子水置于三口烧瓶中，充分混匀后，置于50℃的恒温水浴锅中，待温度恒定后，再加入正硅酸乙酯，反应2h得到SiO2微球反应液；
2）将SiO2微球反应液在8000r/min下离心10min后，取沉淀，用去离子水洗4次，再用无水乙醇洗4次后，置于电热鼓风干燥箱中，在70℃下干燥，得到单分散SiO2微球；
3）将单分散SiO2微球加入无水乙醇中，超声分散40min，得到SiO2微球乳浊液；所述单分散微球占SiO2微球乳浊液质量的8.0%；
4）将陶瓷砖垂直浸入SiO2微球乳浊液中，在40℃下，真空干燥至SiO2微球乳浊液中的无水乙醇完全挥发后，在陶瓷砖表面制得光子晶体结构色红色釉；
所述的陶瓷砖在使用前经过清洁处理，是将陶瓷砖用双氧水浸泡后，先用去污剂清洗，再进行超声清洗，最后用无水乙醇清洗后，干燥后备用；
5）将制得的光子晶体结构色红色釉置于马弗炉中，在600℃下，热处理1h，冷却至室温，得到呈珠光红般艳丽的光子晶体结构色红色釉。
实施例5
1）按体积百分比，取85%的无水乙醇，7%的、质量浓度为25%的氨水，3%的去离子水及5%的正硅酸乙酯，先将无水乙醇、氨水和去离子水置于三口烧瓶中，充分混匀后，置于40℃的恒温水浴锅中，待温度恒定后，再加入正硅酸乙酯，反应3h得到SiO2微球反应液；
2）将SiO2微球反应液在6000r/min下离心15min后，取沉淀，用去离子水洗2次，再用无水乙醇洗2次后，置于电热鼓风干燥箱中，在80℃下干燥，得到单分散SiO2微球；
3）将单分散SiO2微球加入无水乙醇中，超声分散40min，得到SiO2微球乳浊液；所述单分散微球占SiO2微球乳浊液质量的6.0%；
4）将洁净的陶瓷砖垂直浸入SiO2微球乳浊液中，在60℃下，真空干燥至SiO2微球乳浊液中的无水乙醇完全挥发后，在陶瓷砖表面制得光子晶体结构色红色釉；
所述的陶瓷砖在使用前经过清洁处理，是将陶瓷砖用双氧水浸泡后，先用去污剂清洗，再进行超声清洗，最后用无水乙醇清洗后，干燥后备用；
5）将制得的光子晶体结构色红色釉置于马弗炉中，在600℃下，热处理1h，冷却至室温，得到呈珠光红般艳丽的光子晶体结构色红色釉。
此外，可通过控制氨水或正硅酸乙酯的百分含量能够控制陶瓷表层釉面颜色变化，当氨水或正硅酸乙酯的百分含量减小时，其颜色可由红变到绿甚至变为蓝色。
综上所述，本发明的红色光子晶体结构色釉的制备方法，是在陶瓷基体上呈周期性排列的纳米SiO2微球，当入射光照射到陶瓷基体表面上时，其表面会由于SiO2微球纳米粒子的周期性排列而对入射光产生一定的折射、干涉、衍射、散射，使其波长落在可见光红色的波长范围内，得到颜色纯正的红色。本发明的制备方法，不用引入色料或着色氧化物，因而具有节能、环保的优点，具有广阔的应用前景，可用于艺术瓷、仿古瓷、墙地砖及其它陶瓷的红色釉的制备方法。
Claims (6)
1.一种红色光子晶体结构色釉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按体积百分比，取80～90％的无水乙醇，4～10％的质量浓度为25～28％的氨水，1～5％的水，及5％的正硅酸乙酯，先将无水乙醇、氨水和水充分混匀后，再在30～50℃下，加入正硅酸乙酯，搅拌反应2～5h后，得到SiO2微球反应液，将SiO2微球反应液离心后，取沉淀，沉淀经洗涤、干燥后，得到单分散SiO2微球；
所述的离心是在4000～8000r/min下，离心10～20min；
所述对沉淀的洗涤是将沉淀先经去离子水洗2～4次，再经无水乙醇水洗2～4次；
2)将单分散SiO2微球加入无水乙醇中，超声分散40～60min，得到SiO2微球乳浊液；所述单分散微球占SiO2微球乳浊液质量的5～8％；
3)取陶瓷基底，垂直浸入SiO2微球乳浊液中，在40～60℃下，真空干燥至SiO2微球乳浊液中的无水乙醇完全挥发后，在陶瓷基底表面制得红色光子晶体结构色釉。
2.根据权利要求1所述的一种红色光子晶体结构色釉的制备方法，其特征在于，还包括对制得的红色光子晶体结构色釉进行热处理，是在500～600℃下，保温1～3h后，冷却，得到珠光红色光子晶体结构色釉。
3.根据权利要求2所述的一种红色光子晶体结构色釉的制备方法，其特征在于，所述的热处理是在马弗炉中进行的。
4.根据权利要求3所述的一种红色光子晶体结构色釉的制备方法，其特征在于，所述的冷却是随炉冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的一种红色光子晶体结构色釉的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的干燥是在60～80℃下进行的。
6.根据权利要求1所述的一种红色光子晶体结构色釉的制备方法，其特征在于，所述的陶瓷基底在使用前经过清洁处理，是将陶瓷基底用双氧水浸泡后，先用去污剂清洗，再进行超声清洗，最后用无水乙醇清洗后，干燥，备用。
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