CN103436965B - 光子禁带可调节及呈现图案化颜色显示的聚合物光子晶体的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种光子禁带可调节及呈现图案化颜色显示的聚合物光子晶体的制备方法，属于高分子材料领域。该方法通过选用具有较高表面电势且尺寸单分散的软质核壳结构水凝胶聚合物微球为构筑基元，通过电场沉积等方式使其快速形成大面积有序结构，以获得电场诱导组装的聚合物光子晶体，并具有光子禁带性质，呈现明亮的结构色。根据不同的负载电压或负载时间，水凝胶聚合物微球在电极板上发生紧密堆积的程度不同，软质水凝胶聚合物微球具有不同程度的体积变化，使其形成的光子晶体晶格周期可调，反射光谱峰位（即光子禁带）发生移动，从而在宏观上实现对光子晶体材料结构色的调控。

Description

光子禁带可调节及呈现图案化颜色显示的聚合物光子晶体的制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种在电场诱导下组装成具有光子禁带可调节并呈现图案化颜色显示的聚合物光子晶体的制备方法。

背景技术

光子晶体在1987年由S.John和E.Yablonovitch分别独立提出后，便受到了学者的广泛关注。对于由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构，通过对介电常数周期性的调节，引起空间折射率或晶格周期的变化，便可以实现光子晶体光子禁带的调节。

电场力的环境刺激响应一直被认为是一种比较智能的操控手段，利用光子晶体材料的光电信号转换能力能够使其在信号传导、显示设备等光学器件中表现出突出的物理化学性能。加拿大多伦多大学的Ozin等学者制备了一种结构色随电化学刺激响应的胶体晶体膜材料。这种“电墨水”（P-Ink）光子晶体膜是通过将聚二茂铁基硅烷（PFS）凝胶灌注在蛋白石结构的光子晶体中制备的一种金属聚合物复合膜材料。将这种复合膜置于电场环境中，金属聚合物凝胶会在不同的负载电压下发生可逆的体积收缩和溶胀。这一过程同时带动晶格周期的变化，由此使“电墨水”材料的结构色彩发生相应的变化。这种电响应的光子晶体膜可以在微小的电压调控下在短时间内获得相应的结构色变化，并且变化范围可以覆盖整个可见光区，但其对区域性的结构颜色控制并不是十分显著。韩国KAIST大学的Yang等学者通过磺化作用制备了尺寸单分散的，并具有高表面电荷含量的聚苯乙烯（PS）微球，由于PS微球彼此间的静电斥力，其在介质溶液中可以自组装成非紧密堆积的面心立方光子晶体结构。当对此光子晶体结构施加负载电压后，非紧密堆积的光子晶体结构的构筑基元PS微球便会在电场作用下发生区域浓度的增加或降低，使晶格周期发生相应的变化。从而导致胶体晶体阵列的结构色随负载电压的变化而发生明显的变化。经过硫化作用的聚苯乙烯微球由于其表面较高的电荷分布，在较高的浓度下由于静电斥力的作用可以在纯净介质体系中稳定存在并自组装成为非紧密堆积的光子晶体阵列结构，但由于聚苯乙烯微球的硬质、疏水特性，外界环境的刺激很难使其粒径尺寸发生明显改变，光子禁带的调控只能依赖于处于晶格点位置的聚苯乙烯微球的空间密度的升高或降低来完成，由于填充因子的不稳定变化，晶格周期的变化便会对光子禁带半峰宽宽度造成严重的影响，这使其光电转换的性能受到较大的局限。而对于以粒径尺寸均匀的聚苯乙烯或二氧化硅微球作为光子晶体模板，以金属、聚合物及其衍生物作为光子晶体骨架的反蛋白石光子晶体膜，虽然在光子禁带变化的响应性能上获得了很大的提升，但此方法制备周期较长，工艺要求较为复杂，样品容易存在较大的晶格缺陷，并且随着交联剂的加入，这种反蛋白石光子晶体膜具有较低的韧性和体积伸缩比率，这都严重影响了光子禁带的调控范围，及其在光电响应信号转换方面的灵敏度和准确性。

因此，通过选取具有较高表面电势且尺寸均匀的软质核壳结构水凝胶聚合物微球为构筑基元，在电场下利用电泳技术使其在电极板上快速沉积组装，可以获得规整结构的光子晶体。通过不同条件的电场作用，水凝胶聚合物微球的体积溶胀/收缩程度不同，得到光子晶体的不同晶格周期和光子禁带，从而在宏观上实现对光子晶体材料结构色的调控。此外，通过在不同作用位点施加不同负载电压等方法，电场诱导沉积组装的水凝胶聚合物光子晶体还具有局部区域色彩从紫外-可见-近红外光的随意调节能力，可以实现光子晶体材料图案化的颜色显示，并且色彩分界清晰、制备过程迅速、操控电压较低、可以重复操作。因此，这种电场组装方法获得性质稳定，结构色鲜亮的光子晶体材料可以作为显示设备的制备模型，在光控开关、可调反射镜、电子显示设备等光学显示应用器件上具有实际的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种在电场诱导下制备光子禁带可调节并可呈现图案化颜色显示的聚合物光子晶体的方法。

该方法通过选用具有较高表面电势且尺寸单分散的软质核壳结构水凝胶聚合物微球为构筑基元，通过电场沉积等方式使其快速形成大面积有序结构，以获得电场诱导组装的聚合物光子晶体，并具有光子禁带性质，呈现明亮的结构色。根据不同的负载电压或负载时间，水凝胶聚合物微球在电极板上发生紧密堆积的程度不同，软质水凝胶聚合物微球具有不同程度的体积变化，使其形成的光子晶体晶格周期可调，反射光谱峰位（即光子禁带）发生移动。从而在宏观上实现对光子晶体材料结构色的调控。此外，通过在不同作用位点施加不同负载电压等方法，电场诱导沉积组装的水凝胶聚合物光子晶体还具有局部区域色彩从紫外-可见-近红外光的随意调节能力，可以实现光子晶体材料图案化的颜色显示，并且色彩分界清晰、制备过程迅速、操控电压较低、可以重复操作。这种通过调节不同电场力的作用来制备光子禁带可控的聚合物光子晶体材料，可用于制备灵敏光路转换的器件。并可以在同一板面上获得具有不同结构色的水凝胶聚合物光子晶体。这种具有根据外界环境刺激快速响应的材料开拓了高分子响应性材料体系，在传感器元件，光信息存储及调控，显示设备等方面具有重要的应用价值。

本发明所述的一种在电场诱导下组装成具有光子禁带可调节并呈现图案化颜色显示的聚合物光子晶体的制备方法，其步骤如下：

（1）通过乳液聚合方式，用聚合物单体1（2～5mL）、聚合物单体2（2-5mL）、乳化剂（0.01～0.30g）及引发剂（0.10～0.45g）制备固含量0.1wt%～50.0wt%、粒径150nm～300nm的水凝胶聚合物微球乳液，聚合物微球的单分散指数（PDI）为0.010～0.050，表面电势含量为+50.0mV～-50.0mV；该水凝胶聚合物微球具有极高的尺寸单分散性和表面电势含量；

（2）将步骤（1）得到的水凝胶聚合物微球乳液置于两侧内壁蒸镀有任意面积氧化铟锡（ITO）电极的玻璃容器中，对ITO两极间施加0.5V～25.0V的负载电压、施加时间为0.5～20min，从而使水凝胶聚合物微球在与微球相反电性的ITO电极表面组装成三维六方紧密堆积结构的聚合物光子晶体（PCCs），由于其周期性的规整排列使其在特定光区内具有优异的光子禁带性质；

或将步骤（1）得到的水凝胶聚合物微球乳液置于两侧内壁蒸镀有任意面积ITO电极的玻璃容器中，先通过酸刻蚀使其中一个ITO电极（另一个ITO电极作为公共的阴极或阳极）的表面形成图案化（ITO表面可以通过酸刻蚀制备任意的图案化结构，包括圆形、条形、字母、文字等）且相互分立的导电区域，通过对不同区域施加0.5V～25V的负载电压、施加时间为0.5～20min，从而使水凝胶聚合物微球在不同区域组装成具有不同晶格周期的三维六方紧密堆积结构的聚合物光子晶体（PCCs），由于其不同区域的不同周期性的规整排列而在不同区域具有各异的光子禁带性质。

上述方法中，聚合单体1是N，N二甲基丙烯酰胺（DMAA）、N异丙基丙烯酰胺（NIPAM）、甲基丙烯酸二甲氨乙酯（DMAEMA）或甲基丙稀酸缩水甘油酯（GMA）等；

上述方法中，聚合物单体2是苯乙烯（St）、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸乙酯（HEMA）、丙烯酸乙酯（Ethylacrylate）、氯乙烯（Vinylchloride）、丙烯酸叔丁酯（tert-Butylacrylate）、二乙烯基苯（DVB）或α-甲基苯乙烯（Alpha-Methylstyrene）等；

上述方法中，乳化剂是烷基硫酸钠（十二烷基硫酸钠（SDS））、烷基苯磺酸钠（十二烷基苯磺酸钠（SDBS））、十二醇硫酸钠、十六烷基磺酸钠、歧化松香酸钠、硬脂酸钠、烷基烯丙基聚氧乙烯硫酸钠、烷基聚氧乙烯硫酸钠、二烷基-2-磺基琥珀酸钠或烷基萘磺酸钠。

上述方法中，引发剂是偶氮二异丁腈（V60，AIBN）、偶氮二异庚腈（V65，ABVN）、偶氮二异丁酸二甲酯（V601，AIBME）、偶氮二异丁脒盐酸盐（V50，AIBA）、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（AIBI）、偶氮二异丙基咪唑林盐酸盐（VA-044）、偶氮二异戊腈（V59）、偶氮二氰基戊酸（V501）、偶氮异丁氰基甲酰胺（V30）、偶氮二环己基甲腈（V40）、过硫酸钾（KPS）、过硫酸铵（APS）或过硫酸钠（SPS）等。

本发明具有如下优点：

1、选用尺寸单分散性且具有较高表面电势的软质水凝胶聚合物微球，在电场作用下可以在与其相反电性的电极表面快速沉积（实施例1～5）；

2、该水凝胶聚合物微球易于电沉积组装，获得三维有序结构的光子晶体，具有光子禁带性质，呈现明亮的结构色。其组装的密堆积结构的晶格间距可以通过负载电压、负载时间、乳液固含量等条件进行控制，所获得的光子晶体，其结构色可以在紫外-可见光-近红外光区范围内调节（实施例1～5）；

3、可以在图案化处理后的ITO表面进行区域性的选择组装，获得光子晶体并呈现结构色。通过改变施加在作用位点的电压，电场诱导沉积组装的水凝胶聚合物光子晶体具有局部色彩的随意调节能力。对不同的作用位点施加不同的负载电压或改变作用时间，可以实现光子晶体材料图案化的颜色显示，并且色彩分界清晰、制备过程迅速、操控电压较低、可以重复操作，从而达到在同一表面光子晶体图案化的多色同时呈现（实施例1～5）；

4、所制备的水凝胶聚合物微球光子晶体可以通过改变外界环境的刺激响应来实现光子禁带的调控，且可以多次往复应用。这种具有可以根据外界环境刺激快速响应并可获得同步信号转换的材料开拓了高分子响应性材料体系，在传感器元件、光信息存储及调控、显示设备等方面具有重要的应用价值（实施例1～5）。

附图说明

图1：为水凝胶聚合物微球基元的表面电势，从水凝胶聚合物微球的电势曲线中可以清晰的看到该微球表面具有-45.7mV的较高负电势（实施例1）；

图2：为电场作用下水凝胶聚合物微球在其相反电性的电极板上沉积组装成光子晶体示意图。该示意图表明，在电场作用下水凝胶聚合物微球通过电泳作用向电性相反的电极移动，随着负载电压及作用时间的增加，在电极板上沉积厚度逐渐加大，软质水凝胶聚合物微球相互挤压，将壳层的水排出，发生体积收缩，组装的光子晶体反射光谱的反射峰位逐渐蓝移。图中1为PS-co-PDMAA水凝胶聚合物微球乳液，2为收缩状态PS-co-PDMAA聚合物微球，3为溶胀状态PS-co-PDMAA聚合物微球，4为电场力作用，5为ITO玻璃电极，6为玻璃，7为入射光，8为反射光（实施例1～5）。

图3：为聚合物光子晶体在不同负载电压作用下沉积组装成光子晶体所对应的反射光谱。聚合物光子晶体的反射峰位（即光子禁带）随负载电压的增加而发生明显的蓝移。图中为实施例1制备的水凝胶聚合物微球分别在1V（曲线1）、3V（曲线2）、4V（曲线3）、7V（曲线4）、8V（曲线5）和9V（曲线6）的负载电压下获得的6条反射峰的反射光谱图，对应的峰位分别为曲线1（726nm）、曲线2（624nm）、曲线3（560nm）、曲线4（510nm）、曲线5（440nm）、曲线6（380nm）。图中可以清晰的看到衍射峰位的变化随着负载电压的增加而逐渐蓝移，通过调控不同的负载电压可以直接控制聚合物光子晶体的光子禁带位置，表明其结构色可以在紫外-可见光-近红外光区范围内调节。由此通过调控不同的负载电压可以实现水凝胶聚合物光子晶体的光路控制（实施例1）。

图4：为在图案化修饰过的ITO表面的不同区域施加不同电压时，可以沉积组装获得不同光子晶体的示意图。该示意图表明，当在电极板不同作用位点的负载电压及作用时间变化时，水凝胶聚合物微球的沉积程度不同，获得的水凝胶聚合物光子晶体的光子禁带发生变化，进而实现光子晶体图案化的构筑及同一画面的多种颜色同时呈现。图中1为PS-co-PDMAA水凝胶聚合物微球乳液，2为收缩状态PS-co-PDMAA聚合物微球，3为溶胀状态PS-co-PDMAA聚合物微球，4为电场力作用，5为ITO玻璃电极，6为玻璃，7为入射光，8为A区域反射光，9为B区域反射光，10为C区域反射光（实施例1～5）。

图5：为电场响应聚合物光子晶体光子禁带随两种负载电压的往复变化实验。负载电压在曲线1（2V）与曲线2（8V）之间循环变化时，其对应的光子晶体的光子禁带发生往复变化曲线，说明此种电场诱导的聚合物光子晶体可以满足反复多次调控要求（实施例1）。

具体实施方式

实施例1

（1）通过乳液聚合方式，将N,N二甲基丙烯酰胺（2mL）、苯乙烯（5mL）、乳化剂（SDS，0.05g）及去离子水（150mL）共同盛入反应容器中，将反应器置于水浴中，先在室温下机械搅拌（400r/min）并通氮气30分钟，使体系内胶束分布均匀。然后升温至70℃，加入引发剂（KPS，0.45g）反应8小时，获得粒径为180nm，尺寸单分散的水凝胶聚合物微球乳液。反应产物用去离子水离心洗涤3遍，去除未反应的单体和引发剂，对其进行电势测试，结果为表面带有-45.7mV的表面电势。

（2）将步骤（1）得到的尺寸均匀的且具有较高负电势的水凝胶聚合物微球乳液（乳液固含量为6%）置于两侧内壁为ITO的玻璃池子中，通过通过施加负载电压的方式（负载电压为1V～10V，负载时间为2min）使其在正极ITO板面上组装成聚合物光子晶体（PCCs，三维六方紧密堆积结构，面积S≥1×1cm²）。由于其周期性的规整排列而在特定光区内具有优异的光子禁带性质。

（3）将步骤（1）得到的尺寸均匀的且具有较高负电势的水凝胶聚合物微球乳液（乳液固含量为6%）置于两侧内壁为通过盐酸刻蚀制备的具有条形图案化导电区域的ITO玻璃池子中，通过对不同区域施加不同的负载电压的方式（A区域负载电压为1V，B区域负载电压为3V，C区域负载电压为5V，负载时间均为3min）使其在正极ITO表面上组装成具有不同周期结构的聚合物光子晶体（PCCs，三维六方紧密堆积结构，各自区域面积S≥1×1cm²）。由于其周期性的规整排列而在不同区域内具有各异的光子禁带性质。

实施例2

（1）通过乳液聚合方式，将N异丙基丙烯酰胺（5mL）、α-甲基苯乙烯（5mL）、乳化剂（SDBS，0.05g）及去离子水（300mL）共同盛入反应容器中，将反应器置于水浴中，先在室温下机械搅拌（400r/min）并通氮气30分钟，使体系内胶束分布均匀。升温至70℃，然后加入引发剂（V50，0.45g）反应8小时。获得粒径为150nm，尺寸单分散的水凝胶聚合物微球乳液，反应产物用去离子水离心洗涤3遍，去除未反应的单体和引发剂，对其进行电势测试，结果为表面带有+45.0mV的表面电势。

（2）将步骤（1）得到的尺寸均匀的且具有较高正电势的水凝胶聚合物微球乳液（乳液固含量为5%）置于两侧内壁为ITO的玻璃池子中，通过通过施加负载电压的方式（负载电压为1～10V，负载时间为10min）使其负极ITO板面上组装成聚合物光子晶体（PCCs，三维六方紧密堆积结构，面积S≥1×1cm²）。由于其周期性的规整排列而在特定光区内具有优异的光子禁带性质。

（3）将步骤（1）得到的尺寸均匀的且具有较高正电势的水凝胶聚合物微球（乳液固含量为5%）置于两侧内壁为具有图案化导电区域的ITO玻璃池子中，通过对不同区域施加相同的负载电压作用不同时间的方式（A区域负载时间为1min，B区域负载时间为5min，C区域负载时间为10min，负载电压为5V）使其在负极ITO板面上组装成具有不同周期结构的聚合物光子晶体（PCCs，三维六方紧密堆积结构，各自区域面积S≥1×1cm²）。施加负载电压后A区域为红色，B区域为绿色，C区域为蓝色，说明通过负载时间的控制可以使其在不同区域获得不同光子禁带性质的周期性的规整排列结构，使此种电场诱导的聚合物光子晶体可以在同一画面不同区域实现图案化多色同呈。

实施例3

（1）通过乳液聚合方式，将甲基丙稀酸缩水甘油酯（2mL）、二乙烯基苯（5mL）及去离子水(150mL)共同盛入反应容器中（SDS，0.01g），将反应器置于水浴中，先在室温下机械搅拌（400r/min）并通氮气30分钟，使体系内胶束分布均匀。后升温至70℃，然后加入引发剂（SPS，0.40g）反应8小时。获得粒径为200nm、尺寸单分散的水凝胶聚合物微球，反应产物用去离子水离心洗涤3遍，去除未反应的单体和引发剂，对其进行电势测试，结果为表面带有-40.0mV的表面电势。

（2）将步骤（1）得到的尺寸均匀的且具有较高负电势的水凝胶聚合物微球（乳液固含量为9%）置于两侧内壁为ITO的玻璃池子中，通过通过施加负载电压的方式（负载电压为1～10V，负载时间为5min）使其负极ITO板面上组装成聚合物光子晶体（PCCs，三维六方紧密堆积结构，面积S≥1×1cm²）。由于其周期性的规整排列而在特定光区内具有优异的光子禁带性质。

（3）将步骤（1）得到的尺寸均匀的且具有较高负电势的水凝胶聚合物微球（乳液固含量为9%）置于两侧内壁为具有图案化导电区域的ITO玻璃池子中，通过对不同区域施加不同的负载电压作用不同时间的方式（A区域负载电压为1V，负载时间为10min；B区域负载电压为5V，负载时间为2min；C区域负载电压为10V，负载时间为1min；）使其在正极ITO板面上组装成具有不同周期结构的聚合物光子晶体（PCCs，三维六方紧密堆积结构，各自区域面积S≥1×1cm²）。施加不同负载电压后A区域为红色，B区域为绿色，C区域为蓝色，说明由于其周期性的规整排列而在不同区域内具有各异的光子禁带性质，此种电场诱导的聚合物光子晶体可以在同一画面不同区域实现图案化多色同呈。

实施例4

（1）通过乳液聚合方式，将N,N二甲基丙烯酰胺（2mL）、苯乙烯（5mL）、乳化剂（SDBS，0.10g）及去离子水（150mL）共同盛入反应容器中，将反应器置于水浴中，先在室温下机械搅拌（400r/min）并通氮气30分钟，使体系内胶束分布均匀。然后升温至70℃，加入引发剂（APS，0.10g）反应8小时，获得粒径为300nm，尺寸单分散的水凝胶聚合物微球。反应产物用去离子水离心洗涤3遍，去除未反应的单体和引发剂，对其进行电势测试，结果为表面带有-40.0mV的表面电势。

（2）将步骤（1）得到的尺寸均匀的且具有较高负电势的水凝胶聚合物微球（乳液固含量为0.1%）置于两侧内壁为ITO的玻璃池子中，通过通过施加负载电压的方式（负载电压为1～25V，负载时间为20min）使其负极ITO板面上组装成聚合物光子晶体（PCCs，三维六方紧密堆积结构，面积S≥1×1cm²）。由于其周期性的规整排列而在特定光区内具有优异的光子禁带性质。

（3）将步骤（1）得到的尺寸均匀的且具有较高正电势的水凝胶聚合物微球（乳液固含量为0.1%）置于两侧内壁为具有图案化导电区域的ITO玻璃池子中，通过对不同区域施加不同的负载电压作用不同时间的方式（A区域负载电压为10V；B区域负载电压为20V。负载时间为20min；）使其在正极ITO板面上组装成具有不同周期结构的聚合物光子晶体（PCCs，三维六方紧密堆积结构，各自区域面积S≥1×1cm²）。施加不同负载电压后A区域为红色，B区域为蓝色，说明由于其周期性的规整排列而在不同区域内具有各异的光子禁带性质，此种电场诱导的聚合物光子晶体可以在同一画面不同区域实现图案化多色同呈。

实施例5

（1）通过乳液聚合方式，将N,N二甲基丙烯酰胺（2mL）、苯乙烯（5mL）、乳化剂（十二醇硫酸钠，0.10g）及去离子水（150mL）共同盛入反应容器中，将反应器置于水浴中，先在室温下机械搅拌（400r/min）并通氮气30分钟，使体系内胶束分布均匀。然后升温至70℃，加入引发剂（KPS，0.30g）反应8小时，获得粒径为200nm，尺寸单分散的水凝胶聚合物微球。反应产物用去离子水离心洗涤3遍，去除未反应的单体和引发剂，对其进行电势测试，结果为表面带有-45.0mV的表面电势。

（2）将步骤（1）得到的尺寸均匀的且具有较高负电势的水凝胶聚合物微球（乳液固含量为50%）置于两侧内壁为ITO的玻璃池子中，通过通过施加负载电压的方式（负载电压为0.1～1V，负载时间为0.5min）使其负极ITO板面上组装成聚合物光子晶体（PCCs，三维六方紧密堆积结构，面积S≥1×1cm²）。由于其周期性的规整排列而在特定光区内具有优异的光子禁带性质。

（3）将步骤（1）得到的尺寸均匀的且具有较高正电势的水凝胶聚合物微球（乳液固含量为50%）置于两侧内壁为具有图案化导电区域的ITO玻璃池子中，通过对不同区域施加不同的负载电压作用不同时间的方式（A区域负载电压为0.4V；B区域负载电压为0.8V；C区域负载电压为0.9V。负载时间为0.5min；）使其在正极ITO板面上组装成具有不同周期结构的聚合物光子晶体（PCCs，三维六方紧密堆积结构，各自区域面积S≥1×1cm²）。施加不同负载电压后A区域为绿色，B区域为蓝色，C区域为紫色，说明由于其周期性的规整排列而在不同区域内具有各异的光子禁带性质，此种电场诱导的聚合物光子晶体可以在同一画面不同区域实现图案化多色同呈。

Claims (2)

1.一种光子禁带可调节及呈现图案化颜色显示的聚合物光子晶体的制备方法，其步骤如下：

(1)通过乳液聚合方式，用聚合物单体1、聚合物单体2、乳化剂及引发剂制备固含量0.1wt％～50.0wt％、粒径150nm～300nm的水凝胶聚合物微球乳液，聚合物微球的单分散指数为0.010～0.050，表面电势含量为+50.0mV～-50.0mV；

其中，聚合单体1是N，N二甲基丙烯酰胺、N异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨乙酯或甲基丙稀酸缩水甘油酯；聚合物单体2是苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯、氯乙烯、丙烯酸叔丁酯、二乙烯基苯或α-甲基苯乙烯；

(2)将步骤(1)得到的水凝胶聚合物微球乳液置于两侧内壁蒸镀有ITO电极的玻璃容器中，对ITO两极间施加0.5V～25.0V的负载电压、施加时间为0.5～20min，从而使水凝胶聚合物微球在与微球相反电性的ITO电极表面组装成三维六方紧密堆积结构的聚合物光子晶体，由于其周期性的规整排列使其在特定光区内具有光子禁带性质；

或，将步骤(1)得到的水凝胶聚合物微球乳液置于两侧内壁蒸镀有ITO电极的玻璃容器中，先通过酸刻蚀使其中一个ITO电极的表面形成图案化且相互分立的导电区域，通过对不同区域施加0.5V～25V的负载电压、施加时间为0.5～20min，从而使水凝胶聚合物微球在不同区域组装成具有不同晶格周期的三维六方紧密堆积结构的聚合物光子晶体，由于其不同区域的不同周期性的规整排列而在不同区域具有各异的光子禁带性质；

所述的乳化剂是十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二醇硫酸钠、十六烷基磺酸钠、歧化松香酸钠、硬脂酸钠、烷基烯丙基聚氧乙烯硫酸钠、烷基聚氧乙烯硫酸钠、二烷基-2-磺基琥珀酸钠或烷基萘磺酸钠；

所述的引发剂是偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二异丙基咪唑林盐酸盐、偶氮二异戊腈、偶氮二氰基戊酸、偶氮异丁氰基甲酰胺、偶氮二环己基甲腈、过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠。

2.如权利要求1所述的光子禁带可调节及呈现图案化颜色显示的聚合物光子晶体的制备方法，其特征在于：ITO电极的表面形成图案化，是通过酸刻蚀在ITO电极表面制备圆形、条形、字母或文字的图案化结构。