CN105733010A - 一种低角度依赖高饱和度红色ps胶体晶体膜的制备方法 - Google Patents

一种低角度依赖高饱和度红色ps胶体晶体膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低角度依赖高饱和度红色PS胶体晶体膜的制备方法，属于光子晶体结构色制备技术领域。取平均粒径为440±10nm的PS微球母液，稀释为PS微球浓度为0.1wt?0.5wt％的乳液，超声分散，将超声清洗过的基片垂直固定在PS乳液中，放入烘箱中干燥，烘干温度为40℃?65℃；采用蒸镀仪在组装好的PS胶体晶体膜表面镀厚度为5?10nm的碳膜，采用真空离子溅射法在碳膜表面再镀一层厚度为5?10nm的铂金膜；碳膜提供了光吸收背景，使其在光子禁带的反射率增强，对禁带以外波长的反射率降低，吸收了杂散光，铂金膜使其在光子禁带的反射强度进一步增强，宏观上呈色表现出低角度依赖性，色饱和度显著提高，呈现绚丽的单一红色。

Description

一种低角度依赖高饱和度红色PS胶体晶体膜的制备方法
技术领域
本发明属于光子晶体结构色制备技术领域，特别涉及一种低角度依赖高饱和度红色聚苯乙烯(PS)胶体晶体膜的制备方法。
背景技术
传统色剂的生产会引起水资源的大量消耗，造成环境污染，有些色剂还有毒、不可降解和易褪色。PS胶体晶体结构色膜具有高亮度、永不褪色、虹彩现象、持久性和环境友好性，有望取代传统色剂而日益受到国内外学者的广泛关注。
目前，PS胶体晶体的制备方法主要有电子微加工法、激光全息法和胶体自组装法等。物理制备方法一般较为复杂、费时、成本高，又需要多个步骤才能完成。相比之下，胶体自组装法是一种简单、快速和廉价的化学制备方法。然而，胶体自组装法制备的PS胶体晶体不可避免的会引入一些随机的缺陷，比如堆垛层错、粒子的缺失、取向的不可控制和位错等，这些随机缺陷会降低禁带的反射率，散射禁带以外波长的光。
目前，人工合成的PS胶体晶体膜通常呈色微弱，在特定的角度反射出彩虹色，有一定的角度依赖性，也就是说PS胶体晶体膜的颜色不是一成不变的，会根据观察者入射光角度的不同而呈现不同的颜色。在自然光的条件下，只有有经验的人在特定的角度才可以察觉到颜色，而且颜色不够绚丽，色饱和度低，因而限制了它在防伪和装饰领域的应用。如何降低PS胶体晶体膜呈色的角度依赖性，获得明确的、呈色明亮的、单一颜色的PS胶体晶体膜，而不是彩虹色，成为今后的一个研究热门。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低角度依赖高饱和度红色PS胶体晶体膜的制备方法，以解决目前PS胶体晶体膜呈现微弱彩虹色，色饱和度低，呈色具有角度依赖性，不能获得明确的、呈色绚丽的、单一红色的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种低角度依赖高饱和度红色PS胶体晶体膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)采用乳液聚合法制备平均粒径为440±10nm的PS微球母液，以去离子水为溶剂，直接稀释为PS微球浓度为0.1wt-0.5wt％的乳液，置于30-100mL玻璃器皿中超声分散30-60min。
(2)用去离子水清洗基片，然后分别在乙醇和去离子水中超声清洗30-90min后烘干备用，将清洗过的基片垂直固定在已超声分散的PS乳液中，放入烘箱中9-12h缓慢烘干得到组装好的PS胶体晶体膜，烘干温度为40-65℃；
(3)将从烘箱中取出的PS胶体晶体膜放入蒸镀仪中镀碳膜，使PS胶体晶体膜表面的碳膜厚度为5-10nm；
(4)在已经镀过碳膜的PS胶体晶体膜表面，采用真空离子溅射法在碳膜表面再镀一层厚度为5-10nm的铂金膜，即得低角度依赖高饱和度呈色明亮的单一红色PS胶体晶体膜。
所述基片为玻璃基片、金属基片、有机基片等。
所述步骤(3)中，通过控制镀膜电流和碳丝的粗细实现对碳膜厚度的控制；所述步骤(4)中，通过控制镀膜电流和时间实现对铂金膜厚度的控制。例如，所述步骤(3)中，设置镀膜电流为60mA；所述步骤(4)中，设置镀膜电流为10mA，镀膜时间为50-100s。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明所得的红色PS胶体晶体膜微观上呈现高质量的密排六方结构，由于该胶体晶体膜表面喷涂了一层很薄的碳膜，提供了一种有助于增强该材料呈色饱和度的光吸收背景，使其在光子禁带的反射率增强，对禁带以外波长的反射率降低，宏观上呈现明亮的单一红色(R:229G:70B70；C:0％M:85％Y:70％K:0％)，不再是彩虹色，红色饱和度得到了显著的提高。
(2)本发明所得的红色PS胶体晶体膜在表面镀碳膜的基础上又镀了一层铂金膜，使其在降低禁带以外波长反射率的同时，禁带的反射率进一步增强，从而，红色饱和度进一步提高。
(3)本发明所得的红色PS胶体晶体膜无论从那个角度观察都呈现单一的红色，呈色角度依赖性大大降低。
附图说明
图1是本发明组装前所用的PS微球形貌图。
图2是本发明组装后的红色PS胶体晶体膜微观形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明一种低角度依赖高饱和度红色PS胶体晶体膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)采用乳液聚合法制备单分散性、均一性良好的平均粒径为440±10nm的PS微球母液，以去离子水为溶剂，将其稀释为PS微球浓度为0.1-0.5wt％的乳液，置于30-100mL玻璃器皿中超声分散30-60min。
(2)用去离子水清洗基片，然后分别在乙醇和去离子水中超声清洗30-90min后烘干备用。将清洗过的基片垂直固定在已超声分散的PS乳液中，放入烘箱中9-12h缓慢烘干，控制烘干温度为40-65℃。
(3)将从烘箱中取出的已经组装好的PS胶体晶体膜放入蒸镀仪中镀碳膜，设置镀膜电流为60mA，通过碳丝的粗细来调整碳膜的厚度，使PS胶体晶体膜表面的碳膜厚度为5-10nm；
(4)将已经镀过碳膜的PS胶体晶体膜取出，改变靶材为铂金，采用真空离子溅射法镀铂金膜，设置镀膜电流为10mA，镀膜时间为50-100s，在碳膜的表面再镀一层厚度为5-10nm的铂金膜，即可得到低角度依赖高饱和度呈色明亮的单一红色PS胶体晶体膜。
本发明组装前所用的PS微球如图1所示，其粒径均匀。组装后的低角度依赖高饱和度呈色明亮的单一红色PS胶体晶体膜如图2所示，可见其微观上呈现高质量的密排六方结构，宏观上呈色表现出低角度依赖性，色饱和度显著提高，呈现绚丽的单一红色，不再是彩虹色。

Claims (4)

1.一种低角度依赖高饱和度红色PS胶体晶体膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)采用乳液聚合法制备平均粒径为440±10nm的PS微球母液，以去离子水为溶剂，直接稀释为PS微球浓度为0.1wt-0.5wt％的乳液，置于30-100mL玻璃器皿中超声分散30-60min。
(2)用去离子水清洗基片，分别在乙醇和去离子水中超声清洗30-90min后烘干备用，将清洗过的基片垂直固定在已超声分散的PS乳液中，放入烘箱中9-12h缓慢烘干得到组装好的PS胶体晶体膜，烘干温度为40℃-65℃；
(3)将从烘箱中取出的PS胶体晶体膜放入蒸镀仪中镀碳膜，使PS胶体晶体膜表面的碳膜厚度为5-10nm；
(4)在已经镀过碳膜的PS胶体晶体膜表面，采用真空离子溅射法在碳膜表面再镀一层厚度为5-10nm的铂金膜，即得低角度依赖高饱和度呈色明亮的单一红色PS胶体晶体膜。
2.根据权利要求1所述低角度依赖高饱和度红色PS胶体晶体膜的制备方法，其特征在于，所述基片为玻璃基片、金属基片或有机基片。
3.根据权利要求1所述低角度依赖高饱和度红色PS胶体晶体膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，通过控制镀膜电流和碳丝的粗细实现对碳膜厚度的控制；所述步骤(4)中，通过控制镀膜电流和时间实现对铂金膜厚度的控制。
4.根据权利要求1所述低角度依赖高饱和度红色PS胶体晶体膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，设置镀膜电流为60mA；所述步骤(4)中，设置镀膜电流为10mA，镀膜时间为50-100s。
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CN103243368A (zh) * 2013-03-28 2013-08-14 中国科学院化学研究所 全光谱色彩调控的二维光子晶体结构设计及基于多孔氧化铝材料的制备方法
CN105175015A (zh) * 2015-09-21 2015-12-23 陕西科技大学 一种低角度依赖性紫色硫化锌结构色薄膜及其制备方法

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