CN106990456A - 一种浸水显隐光子晶体表面及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种浸水显隐的光子晶体表面及其制备方法，所述浸水显隐的光子晶体的本体由表面含有二硫键的胶体粒子组装而成，通过点击化学在光子晶体本体不同部分上接枝不同基团达到不同浸水性。所述接枝化学基团后的几种光子晶体在常态下与光子晶体本体具有相同颜色，但浸泡在水中时各部分的颜色变化不同。通过上述方式即可得到所述浸水显隐的光子晶体图案。通过上述方式，本发明的浸水显隐光子晶体图案具有拓展性强、制备方法简单、应用范围广等优点。

Description

一种浸水显隐光子晶体表面及其制备方法

技术领域

本发明涉及光子晶体领域，特别是一种浸水显隐光子晶体表面及其制备方法。

背景技术

光子晶体是在1987年由S.John和E.Yablonovitch分别独立提出的概念，所谓光子晶体是一类介电常数在空间上成周期性分布的具有光子禁带特性的材料，频率落在光子禁带内的电磁波是禁止传播的，因此特定波长的光无法通过光子晶体而被反射回去。光子晶体有很强的调制光子的能力的材料，人们可以通过设计和制造光子晶体及其器件，达到控制光子运动的目的，因此其研究已得到了广泛的关注和发展，尤其在光学器件、光学传感器、新型颜料等领域光子晶体被认为有着巨大的潜在应用价值。

响应性光子晶体是一类自身光子禁带会对外界刺激进行响应的光子晶体材料。基于光子晶体受到刺激之后光子禁带会发生移动，1997年Asher首次将光子晶体智能传感材料应用于金属离子以及葡萄糖检测。通过其对于刺激是否产生反射峰位置的移动以及产生多大的移动我们就能够进行相应的检测。这类响应性光子晶体由于检测方便、快速、变化可以为肉眼直接观察、灵敏度高，已经被广泛的应用于温敏传感器、湿敏传感器、压力传感器、气体传感器和生物化学检测中。其中，值得一提的是Ian B.Burgess等人利用蒸汽在光子晶体表面修饰不同基团得到了不同疏水性的光子晶体，而Jianping Ge利用磁性得到了浸水显隐的光子晶体图案。

利用响应性的光子晶体进行防伪，是响应性光子晶体近年来逐渐发展起来的、一种利用图案化的两种或者几种响应性光子晶体对于刺激响应的差异，从而进行防伪。而其中磁响应性、溶液响应性的光子晶体用于防伪是最近的研究热点之一。2009年殷亚东课题组研制了一种磁响应的光子晶体纸，这种光子晶体纸可以用盐水在其上进行可逆性书写，得到的字体清晰、颜色明亮，是潜在的新型书写材料，同时也可以用于防伪标志方面的应用。常见的响应性光子晶体不利于大规模制备，因而相关研究人员提出的光子晶体墨水打印技术，该技术利用高精度的打印机将溶解有粒径均一的胶体粒子的溶液打印到一定的基底上，在胶体粒子溶液干燥的过程中，胶体粒子会发生自组装，最终形成胶体光子晶体，并有鲜艳的结构色，并利用高精度的喷墨打印机直接打印成光子晶体图案。2006年J.Moon课题组首次利用喷墨打印机制备了具有鲜艳颜色的胶体光子晶体的微阵列。2009年K.Hyoki课题组提出了基于磁响应光子晶体的彩色光子晶体打印技术，通过紫外光固化树脂，进而固化混合于其中的光子晶体结构，从而实现了鲜艳的结构色的固化，从而提出一种潜在的制备响应性光子晶体防伪标志的方法。上述的响应性的光子晶体用于防伪，具有颜色鲜艳、变化明显、响应时间短以及技术门槛高等优点，但是也存在生产成本较高，防伪手段单一，并且存在被响应性染料所仿制的可能。

发明内容

技术问题：为解决上述技术问题，本发明采用的一种浸水显隐光子晶体表面及其制备方法。

技术方案：所述浸水显隐光子晶体图案包括图案基底和附在所述基底表面的浸水显隐的光子晶体图案。所述浸水显隐的光子晶体团案由两种光子晶体组成，所述第一种光子晶体由表面疏水处理的胶体粒子形成。所述第二种光子晶体由表面亲水处理的胶体粒子形成。所述两种光子晶体在常态下具有相同颜色，所述第一种光子晶体遇水不变色，所述第二种光子晶体遇水变色。通过上述方式即可得到所述浸水显隐的光子晶体图案。同时，通过对上述第一种光子晶体修饰不同的疏水基团，还可得到在不同浓度乙醇水溶液下显隐的光子晶体图案。其中：

本发明的一种浸水显隐光子晶体表面，位于基底上的光子晶体表面的不同部分具有各异的浸润性，浸泡在水中时各部分的颜色变化不同，将隐藏的图案显现出来。

所述光子晶体表面的本体由表面含有二硫键的胶体粒子组装而成。

所述胶体粒子为单分散性的表面含有二硫键的的二氧化硅、二氧化钛、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或碳胶体粒子中的任意一种，其粒径为150-500nm。

所述的基底为玻璃、硅片、纸张、塑料、丝绸、木材或金属膜中的任一种。

所述光子晶体以提拉、沉积、喷涂或刮涂中的一种方式组装到基底表面。

本发明的浸水显隐光子晶体表面的制备方法包括以下步骤：

1)光子晶体本体的制备：配制胶体粒子溶液，通过提拉、沉积、喷涂或刮涂中的一种方式使胶体粒子组装到基底表面形成光子晶体，

2)光子晶体的修饰：在步骤1)所述光子晶体本体的表面滴加含修饰分子的溶液，用掩膜遮盖不需要修饰部分，在紫外光照射下，通过点击化学进行修饰，未被掩膜遮盖的部分即形成修饰后的光子晶体，洗去多余反应溶液，

3)更换反应溶液及掩模，重复步骤2)，未被掩膜遮盖且未反应的部分即形成修饰后的光子晶体，重复步骤2)直至光子晶体反应完全或无需继续修饰。

所述的反应为紫外光照射使二硫键打开与接枝分子连接，光子晶体各部分根据所结合基团的不同呈现不同的疏水性。

所述通过点击化学进行修饰，其修饰的分子为含有不饱和碳碳双键或巯基或二硫键的化合物。

有益效果：本发明的浸水显隐光子晶体表面制备简单、拓展性强、可大规模制作、应用范围广。

附图说明

图1为浸水显隐光子晶体制备过程，

图2为制备完成的浸水显隐光子晶体及其浸水时的变化，

图中a为带有疏水基团的光子晶体，b为带亲水基团的光子晶体，浸水时，a不变，b变色，从而显现出光子晶体所隐藏的信息。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

在本发明的实施例中，所述浸水显隐的光子晶体图案由两种光子晶体组成，第一种光子晶体的胶体粒子表面修饰疏水基团，第二种光子晶体的胶体粒子表面修饰亲水基团。上述两种光子晶体在常态下具有相同颜色，遇水时第一种光子晶体遇水不变色，第二种光子晶体变色。通过对上述第一种光子晶体修饰不同的疏水基团，还可得到在不同浓度乙醇水溶液下显隐的光子晶体图案。其中：

在本发明的一个实施例中，光子晶体表面的不同部分具有各异的浸润性，浸泡在水中时各部分的颜色变化不同，将隐藏的图案显现出来。

在本发明的一个实施例中，光子晶体表面的本体由表面含有二硫键的胶体粒子组装而成；

在本发明的一个实施例中，光子晶体表面不同浸润性部分的修饰方法为：滴加含修饰分子的溶液，用掩膜遮盖不需要修饰部分，在紫外光照射下，通过点击化学在未被掩膜遮盖的部分接枝上特定基团。

在本发明的一个实施例中，所述光子晶体不同部分通过点击化学进行修饰的分子为含有不饱和碳碳双键或巯基或二硫键的化合物。

在本发明的一个实施例中，胶体粒子为单分散性的表面含有二硫键的的二氧化硅、二氧化钛、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或碳胶体粒子中的任意一种，其粒径为150-500nm。

在本发明的一个实施例中，图案基底为玻璃、硅片、纸张、塑料、丝绸、木材、金属膜中的任一种。

在本发明的一个实施例中，光子晶体以提拉、沉积、喷涂、刮涂中的一种方式组装到基底表面。

在本发明的一个实施例中，浸水显隐光子晶体表面的制备包括以下步骤：

1)光子晶体的制备：配制胶体粒子溶液，通过提拉、沉积、喷涂、刮涂中的一种方式使胶体粒子组装到基底表面形成光子晶体。

2)光子晶体的修饰：在步骤1)所述光子晶体的表面滴加反应溶液并盖上掩膜，紫外光照射一定时间后，未被掩膜遮盖的部分即形成修饰后的光子晶体，洗去多余溶液。

3)更换反应溶液及掩模，重复步骤2)，未被掩膜遮盖且未反应的部分即形成修饰后的光子晶体。重复步骤2)直至光子晶体反应完全或无需继续修饰。

在本发明的一个实施例中，浸水显隐光子晶体图案的制备方法中，步骤2)、步骤3)中所述的反应为紫外光照射使二硫键打开与接枝分子连接，光子晶体各部分根据所结合基团的不同呈现不同的疏水性。

实施例1：玻璃表面浸水显隐光子晶体表面的制备

(1)二氧化硅胶体粒子表面修饰二硫键：将二氧化硅粒子分散于乙醇中，加入适量双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物即可得到表面修饰有二硫键的二氧化硅粒子；

(2)光子晶体本体的制备：将洁净玻片竖直插入(1)中所得粒子的溶液中，置于40摄氏度干燥环境中，粒子随溶剂挥发沉积在玻片上，4天后取出，沉积所得光子晶体本体具有一定疏水性，浸水时不变色。

(3)超疏水光子晶体部分的制备：在步骤(2)所述光子晶体本体的表面滴加丙烯酸十三氟正辛酯丙酮溶液，盖上模板，紫外光照射一定时间后，未被模板遮盖的部分即形成第一种光子晶体，洗去多余溶液。

(4)亲水光子晶体部分的制备：在步骤(2)所述光子晶体本体的表面滴加丙烯酸乙酯丙酮溶液并盖上模板，紫外光照射一定时间后，未被模板遮盖且未在步骤(3)中反应过的部分即形成亲水光子晶体，洗去多余溶液。

所述三种光子晶体常态下颜色相同，光子晶体本体浸水不变色，超疏水光子晶体部分遇水不变色且表面附有气泡，亲水光子晶体部分遇水变色。在浸水条件下，即可显现出模板所含图案信息，干燥后还原。

实施例2：金属表面浸水显隐光子晶体表面的制备

(1)二氧化硅胶体粒子表面修饰二硫键：将二氧化硅粒子分散于乙醇中，加入适量双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物即可得到表面修饰有二硫键的二氧化硅粒子；

(2)光子晶体本体的制备：将(1)所述溶液进行浓缩，用喷枪在覆盖有模板的金属片表面进行喷涂得到光子晶体本体，当喷涂至一定厚度时，所得光子晶体本体具有超疏水性。

(3)亲水光子晶体部分的制备：在步骤(2)所述光子晶体本体的表面滴加丙烯酸乙酯乙醇溶液并盖上模板，紫外光照射一定时间后，未被模板遮盖的部分即形成亲水光子晶体，洗去多余溶液。

所述两种光子晶体常态下颜色相同，光子晶体本体部分浸水不变色且表面附有气泡，亲水光子晶体部分遇水变色。在浸水条件下，显现出的图案信息发生变化，显示出隐藏的信息，干燥后还原。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种浸水显隐光子晶体表面，其特征在于，位于基底上的光子晶体表面的不同部分具有各异的浸润性，浸泡在水中时各部分的颜色变化不同，将隐藏的图案显现出来。

2.根据权利要求1所述的浸水显隐光子晶体表面，其特征在于，所述光子晶体表面的本体由表面含有二硫键的胶体粒子组装而成。

3.根据权利要求2所述的浸水显隐光子晶体表面，其特征在于，所述胶体粒子为单分散性的表面含有二硫键的的二氧化硅、二氧化钛、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或碳胶体粒子中的任意一种，其粒径为150-500nm。

4.根据权利要求1所述的浸水显隐光子晶体表面，其特征在于，所述的基底为玻璃、硅片、纸张、塑料、丝绸、木材或金属膜中的任一种。

5.根据权利要求1所述的浸水显隐光子晶体表面，其特征在于，所述光子晶体以提拉、沉积、喷涂或刮涂中的一种方式组装到基底表面。

6.一种如根据权利要求1-5任一权利要求所述的浸水显隐光子晶体表面的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

1)光子晶体本体的制备：配制胶体粒子溶液，通过提拉、沉积、喷涂或刮涂中的一种方式使胶体粒子组装到基底表面形成光子晶体，

2)光子晶体的修饰：在步骤1)所述光子晶体本体的表面滴加含修饰分子的溶液，用掩膜遮盖不需要修饰部分，在紫外光照射下，通过点击化学进行修饰，未被掩膜遮盖的部分即形成修饰后的光子晶体，洗去多余反应溶液，

3)更换反应溶液及掩模，重复步骤2)，未被掩膜遮盖且未反应的部分即形成修饰后的光子晶体，重复步骤2)直至光子晶体反应完全或无需继续修饰。

7.根据权利要求6所述的浸水显隐光子晶体图案的制备方法，其特征在于，所述的反应为紫外光照射使二硫键打开与接枝分子连接，光子晶体各部分根据所结合基团的不同呈现不同的疏水性。

8.根据权利要求6所述的浸水显隐光子晶体表面，其特征在于，所述通过点击化学进行修饰，其修饰的分子为含有不饱和碳碳双键或巯基或二硫键的化合物。