CN110201871B - 重力沉降法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法 - Google Patents

重力沉降法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种重力沉降法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法，属于结构色薄膜制备技术领域。选用具有周期性结构的大蓝闪蝶蝶翅作为模板，对蝶翅进行表面预处理；配制胶体晶体微球分散液，超声分散使其处于均匀分散状态；将大蓝闪蝶蝶翅裁剪后，水平搁置于培养皿中，缓慢加入微球分散液，使其完全浸没蝶翅，再将培养皿放置于恒温恒湿箱中，通过重力沉降法进行组装，待溶剂完全蒸发后，得到蝶翅/胶体晶体微球复合结构，实现不同观察方向上具有特定的呈色效果。本发明还公开了上述薄膜的批量制备方法。本发明可实现宽色域、窄带隙、高亮度以及特殊呈色效果的结构色显示，不仅具有重要的科研价值，而且具有很大的应用价值。

Description

重力沉降法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法
技术领域
本发明涉及一种复合结构色薄膜的制备方法，具体涉及一种采用重力沉降法制备具有特殊呈色效果的蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的方法，属于结构色薄膜制备技术领域。
背景技术
颜色是一种视觉感受，与光的辐射、物体与光的相互作用以及观察者有密切关系。随着社会的进步和科技的发展，人类对颜色的追求越来越高，传统的呈色方式己经不能满足实际需求。比如，目前广泛应用于印刷、印染等行业的染料、颜料、油漆等均是由色素色呈色，虽然在人们日常生活中发挥着巨大作用，但同时也存在着一些问题，例如，一些特殊名贵色的获取是传统染料色无法实现的；而且，表征彩色感觉的颜色属性中饱和度与明度是一对矛盾的存在，即同时获得高亮度和高的饱和度实现起来比较困难；再加上可持续发展战略的提出以及“绿色”、“环保”等词汇在世界各地被反复的强调，传统的呈色技术面临着巨大的挑战和考验。结构色材料是由于自然光在材料微观周期性结构中发生衍射、干涉等产生的颜色，具有高亮度、高饱和度、不褪色等优点，可应用于装饰装修、颜料、光子墨水、开关、传感器、色彩显示器、艺术以及信息储存等方面。特别是随着印刷包装行业绿色、环保概念的不断提倡，结构色因其材料环保、呈色种类丰富以及信息易于隐藏等独特优势而在防伪印刷领域有着广泛应用。
因此研究一种可实现宽色域、窄带隙、高亮度以及特殊呈色效果的结构色膜制备方法，不仅具有重要的科研价值，而且具有很大的应用价值。
发明内容
本发明提供的一种制备宽色域、窄带隙、高亮度以及特殊呈色效果复合结构色薄膜的方法，以蝴蝶翅膀为基底，然后利用自组装方法在蝶翅上沉积一定厚度的胶体晶体微球，形成蝶翅/胶体晶体微球的复合结构，实现不同观察方向上具有特定呈色效果的结构色薄膜的制备。
本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：
一种蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)选用具有周期性结构的大蓝闪蝶蝶翅作为模板，对蝶翅进行表面预处理；
(2)配制胶体晶体微球分散液，并进行超声分散，使该分散液处于均匀分散状态；
(3)将步骤(1)中所述大蓝闪蝶蝶翅裁剪为合适尺寸后，水平搁置于培养皿中，缓慢加入步骤(2)中所述的胶体晶体微球分散液，使其完全浸没蝶翅，再将培养皿放置于恒温恒湿箱中，通过重力沉降法进行组装，待溶剂完全蒸发后，得到蝶翅/胶体晶体微球复合结构，最终实现不同观察方向上具有特定的呈色效果。
优选地，步骤(1)中对蝶翅进行表面预处理的具体方法为：
1)脱脂处理：先将蝶翅样本用生理盐水反复冲洗后，浸泡于戊二醛溶液中固定，同时超声处理1-4min，去掉表面附着的污物；生理盐水优选质量浓度为0.65％的Nac1溶液，戊二醛的质量浓度为1-3％；
2)脱水处理：将脱脂后的样本取出后用乙醇系列脱水，釆用的乙醇体积浓度分别是40％，50％，70％，纯乙醇；每个阶段各浸泡8-15分钟，经过自然干燥得到表面预处理的样品。
优选地，步骤(2)中所述胶体晶体微球为聚苯乙烯微球或二氧化硅微球等。
优选地，步骤(2)中所述微球粒径为150-450nm。
优选地，步骤(2)中所述微球分散于去离子水中，胶体晶体微球分散液的质量浓度为0.5-5％。
优选地，步骤(2)中所述超声分散时间为1-10min。
优选地，步骤(3)中所述大蓝闪蝶蝶翅裁剪尺寸为1-3cm2，培养皿直径为3cm。
优选地，步骤(3)中加入胶体晶体微球分散液的体积为0.1-5mL。
优选地，步骤(3)中所述恒温恒湿箱中，设置的相对湿度为40％-60％；温度为40℃-60℃。
优选地，步骤(3)中所述胶体晶体微球组装后为多层结构。
优选地，步骤(3)中所述组装时间为1-72h。
本发明还提供了一种蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的批量制备方法，以蝴蝶翅膀为基底，制备蝶翅表面的反结构薄膜，将反结构薄膜表面进行硅烷化处理，以此为模板制备蝶翅表面的正结构薄膜，重复上述步骤可以实现具有蝶翅表面结构薄膜的批量生产，然后利用自组装方法在蝶翅上沉积一定厚度的胶体晶体微球，形成蝶翅/胶体晶体微球的复合结构，得到不同观察方向上具有特定呈色效果的结构色薄膜。
一种蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的批量制备方法，包括如下步骤：
(1)选用具有周期性结构的大蓝闪蝶蝶翅作为模板，对蝶翅进行表面预处理；
(2)采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)反向复制(1)中处理好的蝶翅模板，得到蝶翅的反结构；
(3)将(2)中制备的反向聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜，进行表面硅烷化处理；
(4)以(3)中经表面硅烷化处理后的反向聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜为模板，再次采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行复制，得到具有蝶翅表面正结构的正向聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜；
(5)重复步骤(3)、(4)，批量制备具有蝶翅表面正结构的正向聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜；
(6)配制胶体晶体微球分散液，并进行超声分散，使该分散液处于均匀分散状态；
(7)将步骤(5)中得到的具有蝶翅表面正结构的正向聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜，水平搁置于合适体积的容器中，缓慢加入步骤(6)中所述的胶体晶体微球分散液，使其完全浸没样品，再将容器放置于恒温恒湿箱中，通过重力沉降法进行自组装，待分散液中的溶剂完全蒸发后，得到蝶翅/胶体晶体微球复合结构，最终实现不同观察方向上具有特定的呈色效果。
优选地，步骤(1)中对蝶翅进行表面预处理的具体方法为：
1)脱脂处理：先将蝶翅样本用生理盐水反复冲洗，浸泡于戊二醛溶液中固定，同时超声处理1-4min，去掉表面附着的污物；生理盐水优选质量浓度为0.65％的Nac1溶液，戊二醛的质量浓度为1-3％；
2)脱水处理：将脱脂后的样本取出后用乙醇系列脱水，釆用的乙醇体积浓度分别是40％，50％，70％，纯乙醇；每个阶段各浸泡8-15分钟，经过自然干燥得到表面预处理的样品。
优选地，步骤(2)中所述二甲基硅氧烷(PDMS)复制蝶翅反结构的制备方法如下：
1)通过防水胶带沿将预处理过的蝶翅翅膀外缘轮廓采用压边方式将其粘贴固定于玻璃基片上，制得全翅面粘固生物模板；
2)将聚二甲基硅氧烷与固化剂甲基三甲氧基硅烷以10:1的体积比例混合，混合均匀，磁力搅拌5-10min，抽取真空，直至没有气泡；将上述PDMS混合液浇铸在1)中所述生物模板上静置，然后置于50-70℃烘箱中固化1-3h后，PDMS薄膜成型，将PDMS薄膜与蝶翅生物模板剥离，即可得到具有蝶翅表面反结构的PDMS薄膜。
优选地，步骤(3)中所述表面硅烷化处理方法如下：
首先，对2)中制备的反向聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜进行等离子体处理，射频功率为100-200W，气体流量为50-100SCCM，处理时间为2-10min，接下来将处理后的PDMS模板放在玻璃基片中央，在其周围的玻璃基片上滴加1-200μL的三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷，抽真空后放入干燥箱，加热2-4h，使固化好的PDMS薄膜容易脱模。
优选地，步骤(4)中所述复制方法如下：
1)将(3)中制备的具有蝶翅反结构的反向PDMS薄膜固定于玻璃基片上；
2)将聚二甲基硅氧烷与固化剂甲基三甲氧基硅烷以10:1的体积比例混合，混合均匀，磁力搅拌5-10min，抽取真空，直至没有气泡；将上述PDMS混合液浇铸在1)中所述硅烷化处理后的模板上静置，然后置于50-70℃烘箱中固化1-3h后，PDMS薄膜成型，将PDMS薄膜与模板剥离，即可得到具有蝶翅表面正结构的正向PDMS薄膜。
步骤(2)和(4)中采用的聚二甲基硅氧烷优选为二羟基聚二甲基硅氧烷。
将步骤(3)与步骤(4)重复进行，即可实现蝶翅结构的批量制备。
优选地，步骤(5)中所述胶体晶体微球为聚苯乙烯微球或二氧化硅微球等。
优选地，步骤(5)中所述微球粒径为150-450nm。
优选地，步骤(5)中所述微球分散于去离子水中，胶体晶体微球分散液的质量浓度为0.5-5％。
优选地，步骤(5)中所述超声分散时间为1-10min。
优选地，步骤(6)中所述PDMS薄膜保证具有蝶翅结构的一面朝上放置。
优选地，步骤(6)中所述恒温恒湿箱中，设置的相对湿度为40％-60％；温度为40-60℃。
优选地，步骤(6)中所述胶体晶体微球组装后为多层结构。
优选地，步骤(6)中所述组装时间为1-72h。
本发明提供的这种制备宽色域、窄带隙、高亮度以及特殊呈色效果复合结构色薄膜的方法，以大蓝闪蝶蝶翅为基底，通过自组装方法在其上组装胶体晶体微球，形成蝶翅/胶体晶体微球复合结构，通过控制微球的粒径及组装层数，得到特殊的呈色效果。和现有技术相比，本发明可实现宽色域、窄带隙、高亮度以及特殊呈色效果的结构色薄膜制备，色彩表现更丰富；本发明具有适应性强，成本低廉，绿色环保，适用范围广等诸多优点，不仅具有重要的科研价值，而且具有很大的应用价值。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
附图说明
图1是本发明实施例1中重力沉降法制备的蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的示意图。
图2是本发明实施例1中重力沉降法制备的蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的光学显微图。
图3(a)和图3(b)是本发明实施例1中重力沉降法制备的蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜角分辨反射光谱图；其中，图3(a)：15度入射，图3(b)：30度入射。
图4是本发明实施例2中批量制备仿蝶翅结构的示意图。
图5是本发明实施例2中重力沉降法制备的蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的光学显微图。
图6是本发明实施例2中重力沉降法制备的蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜角分辨反射光谱图；其中，曲线(a)：20度入射，曲线(b)：45度入射。
主要附图标记：
1 培养皿 2 胶体晶体微球
3 大蓝闪蝶蝶翅 4 PDMS薄膜
5 玻璃基片
具体实施方式
本发明具有特殊呈色效果的蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的制备方法，选用具有周期性结构的大蓝闪蝶翅膀作为模板，对蝶翅进行表面预处理；配制特定粒径、浓度的胶体晶体微球分散液，并进行超声分散，使该分散液处于均匀分散状态；将大蓝闪蝶蝶翅裁剪为合适尺寸后，水平搁置于培养皿中，缓慢加入一定体积的特定粒径及浓度的胶体晶体微球分散液，使其完全浸没闪蝶蝶翅，再将盛有组装液与闪蝶蝶翅的培养皿放置于具有一定的温度和湿度的恒温恒湿箱中，通过重力沉降法进行组装进行自组装，待溶剂完全蒸发后，得到蝶翅/胶体晶体微球复合结构，最终实现不同观察方向上具有特定的呈色效果。本发明可实现宽色域、窄带隙、高亮度以及特殊呈色效果的结构色显示。
该方法包括如下具体步骤：
(1)选用具有周期性结构的大蓝闪蝶翅膀作为模板，对蝶翅进行表面预处理；
对蝶翅进行表面预处理的具体方法为：
1)脱脂处理：先将样本用生理盐水(0.65％的Nac1溶液，质量浓度，以下相同)反复冲洗，用3％(质量浓度，以下相同)戊二醛固定，超声处理1-4min，去掉表面附着的污物。
2)脱水处理：将脱脂后的样本取出后用乙醇系列脱水，釆用的乙醇浓度(体积浓度，以下相同)分别是40％，50％，70％，纯乙醇。每个阶段各浸泡10分钟，样品釆用自然干燥法。
(2)配制特定粒径、浓度的胶体晶体微球分散液，并进行超声分散，使该分散液处于均匀分散状态；胶体晶体微球为聚苯乙烯微球、二氧化硅微球等；微球粒径为150-450nm；微球分散于去离子水中，浓度(质量浓度，以下相同)分别为0.5％、1％、2％、3％、5％；超声分散时间为1-10min。
(3)将(1)中所述大蓝闪蝶蝶翅裁剪为合适尺寸后，水平搁置于培养皿中，缓慢加入(2)中所述一定体积的特定粒径及浓度的胶体晶体微球分散液，使其完全浸没闪蝶蝶翅，再将盛有组装液与闪蝶蝶翅的培养皿放置于具有一定的温度和湿度的恒温恒湿箱中，通过重力沉降法进行组装，待溶剂完全蒸发后，得到蝶翅/胶体晶体微球复合结构，最终实现不同观察方向上具有特定的呈色效果。大蓝闪蝶裁剪尺寸为1-3cm2，培养皿直径3cm；液体体积为0-5mL；恒温恒湿箱所设置的相对湿度为40％-60％；温度为40℃-60℃；胶体晶体微球组装后为多层结构。组装时间为0-72h。
实施例1
本实施例采用重力沉降法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜，该方法的具体步骤包括：
步骤1：选用具有周期性结构的大蓝闪蝶蝶翅3作为模板，对蝶翅进行表面预处理。首先进行脱脂处理：先将样本用生理盐水(0.65％的Nac1溶液)反复冲洗，用3％戊二醛固定，超声处理4min，去掉表面附着的污物；然后进行脱水处理：将脱脂后的样本取出后用乙醇系列脱水，釆用的乙醇浓度分别是40％，50％，70％，纯乙醇，每个阶段各浸泡10分钟，样品釆用自然干燥法。
步骤2：配制1mL粒径200nm、质量浓度为2％的二氧化硅微球分散液(胶体晶体微2)，超声分散5min，使该分散液处于均匀分散状态；
步骤3：将步骤1中预处理后的大蓝闪蝶蝶翅3裁剪为1cm2大小，水平搁置于培养皿1中，缓慢加入步骤2中制备的1mL粒径200nm、浓度为2％的二氧化硅微球分散液(胶体晶体微2)，使其完全浸没大蓝闪蝶蝶翅3，再将盛有组装液(胶体晶体微2)与大蓝闪蝶蝶翅3的培养皿1放置于恒温恒湿箱中，温度设定为50℃，相对湿度设置为60％，通过重力沉降法进行组装，放置48h，待溶剂完全蒸发后，得到蝶翅/胶体晶体微球复合结构，最终实现不同观察方向上具有特定的呈色效果。
如图1所示，是本实施例的重力沉降法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的示意图，其中，1为培养皿，2为胶体晶体微，3为大蓝闪蝶蝶翅。胶体晶体微球2为二氧化硅微球；微球的粒径为200nm；微球的分散浓度为2％；超声分散时间为5min；大蓝闪蝶蝶翅3裁剪尺寸为1cm2，培养皿1直径3cm；液体体积为1mL；恒温恒湿箱所设置的相对湿度为60％，温度为50℃；胶体晶体微球组装后为多层结构；组装时间为48h。
如图2所示，是本实施例中重力沉降法制备的蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的光学显微图，选用VK-X200K型3D激光共聚焦形貌测量显微镜，放大400倍进行观察，可以观察到大蓝闪蝶蝶翅3鳞片近似成长方形，长约150μm，宽约80μm，鳞片前端圆滑，后端末梢有细长小柄，插到翅膀基底上，同时，蝶翅上均匀沉积有二氧化硅微球，二氧化硅微球(胶体晶体微2)组装于大蓝闪蝶蝶翅3脊间的空隙中，且呈面心立方结构排列，形成蝶翅/胶体晶体微球复合结构，这种复合结构是由两种周期的光子晶体复合而成，具有随角异色的独特光学性质，即不同观察方向上，具有不同的呈色效果(如图2所示，鳞片的边缘呈现蓝绿色，且具有很高的饱和度)。
如图3(a)和图3(b)所示，是本实施例中重力沉降法制备的蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜角分辨反射光谱图。15°度入射角度时，在其镜面反射方向测得反射光谱如图3(a)所示，在430nm和625nm处有明显反射峰，且430nm光谱反射率高于625nm，430nm谱线宽度较窄，625nm谱线宽度较宽，随着观察角度的变化，当入射角度变为30°时，如图3(b)所示，镜面反射方向上测得的光谱反射峰只在625nm处出现，样品呈现红色。
实施例2
本实施例采用重力沉降法批量制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜，如图4所示，是本实施例的批量制备仿蝶翅结构的示意图，其中，3为大蓝闪蝶蝶翅，4为PDMS薄膜，5为玻璃基片。大蓝闪蝶蝶翅为全翅结构，PDMS预聚体和固化剂比例为10:1。
该方法的具体步骤包括：
步骤1：选用具有周期性结构的大蓝闪蝶蝶翅3作为模板，对蝶翅进行表面预处理。首先进行脱脂处理：先将样本用生理盐水(0.65％的Nac1溶液)反复冲洗，用3％戊二醛固定，超声处理4min，去掉表面附着的污物；然后进行脱水处理：将脱脂后的样本取出后用乙醇系列脱水，釆用的乙醇浓度分别是40％，50％，70％，纯乙醇，每个阶段各浸泡10分钟，样品釆用自然干燥法。通过防水胶带沿将预处理过的蝶翅翅膀外缘轮廓采用压边方式将其粘贴固定于玻璃基片上，制得全翅面粘固生物模板。
步骤2：将二羟基聚二甲基硅氧烷与固化剂甲基三甲氧基硅烷以10:1的体积比例混合，混合均匀，磁力搅拌5min，抽取真空，直至没有气泡。将上述PDMS混合液浇铸在步骤1中所述生物模板上静置，然后置于60℃烘箱中固化2h后，PDMS薄膜成型，将PDMS薄膜与蝶翅生物模板剥离，即可得到具有翅表面反结构的PDMS薄膜。
步骤3：首先，对步骤2中所述PDMS薄膜进行等离子体处理，其中射频功率为200W，气体流量为70SCCM，处理时间为6min，接下来将处理后的PDMS模板放在玻璃基片中央，在其周围滴加30μL的三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷，抽真空后放入干燥箱，加热3h，使固化好的PDMS容易脱模。
步骤4：对步骤3中氟化处理后的聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板，将PDMS混合液浇铸在步骤3中所述模板上静置，然后置于60℃烘箱中固化2h后，PDMS薄膜成型，将PDMS薄膜与蝶翅反结构模板剥离，即可得到具有翅表面正结构的PDMS薄膜。重复进行步骤(3)、(4)，可以实现蝶翅结构的批量制备。
步骤5：配制500mL粒径200nm、质量浓度为2％的二氧化硅微球分散液(胶体晶体微2)，超声分散5min，使该分散液处于均匀分散状态；
步骤6：将步骤4中处理后的具有蝶翅微观结构的PDMS薄膜，水平搁置于培养皿1中，分批次缓慢加入步骤5中制备的500mL粒径200nm、浓度为2％的二氧化硅微球分散液(胶体晶体微2)，使其完全浸没PDMS薄膜，再将盛有组装液(胶体晶体微2)与PDMS薄膜的培养皿1放置于恒温恒湿箱中，温度设定为50℃，相对湿度设置为60％，通过重力沉降法进行组装，放置48h，待溶剂完全蒸发后，得到蝶翅结构/胶体晶体微球复合结构，最终实现不同观察方向上具有特定的呈色效果。
实施例3
本实施例采用重力沉降法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜，该方法的具体步骤包括：
步骤1：选用具有周期性结构的大蓝闪蝶蝶翅3作为模板，对蝶翅进行表面预处理。首先进行脱脂处理：先将样本用生理盐水(0.65％的Nac1溶液)反复冲洗，用3％戊二醛固定，超声处理4min，去掉表面附着的污物；然后进行脱水处理：将脱脂后的样本取出后用乙醇系列脱水，釆用的乙醇浓度分别是40％，50％，70％，纯乙醇，每个阶段各浸泡10分钟，样品釆用自然干燥法。
步骤2：配制1.5mL粒径275nm、质量浓度为1％的聚苯乙烯微球分散液(胶体晶体微2)，超声分散2min，使该分散液处于均匀分散状态；
步骤3：将步骤1中预处理后的大蓝闪蝶蝶翅3裁剪为1.5cm2大小，水平搁置于培养皿1中，缓慢加入步骤2中制备的1.5mL粒径275nm、浓度为1％的聚苯乙烯微球分散液(胶体晶体微2)，使其完全浸没大蓝闪蝶蝶翅3，再将盛有组装液(胶体晶体微2)与大蓝闪蝶蝶翅3的培养皿1放置于恒温恒湿箱中，温度设定为45℃，相对湿度设置为65％，通过重力沉降法进行组装，放置72h，待溶剂完全蒸发后，得到蝶翅/胶体晶体微球复合结构，最终实现不同观察方向上具有特定的呈色效果。
如图1所示，是本实施例的重力沉降法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的示意图，其中，1为培养皿，2为胶体晶体微，3为大蓝闪蝶蝶翅。胶体晶体微球2为聚苯乙烯微球；微球的粒径为275nm；微球的分散浓度为1％；超声分散时间为2min；大蓝闪蝶蝶翅3裁剪尺寸为1.5cm2，培养皿1直径3cm；液体体积为1.5mL；恒温恒湿箱所设置的相对湿度为45％，温度为65℃；胶体晶体微球组装后为多层结构；组装时间为72h。
如图5所示，是本实施例中重力沉降法制备的蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的光学显微图，选用VK-X200K型3D激光共聚焦形貌测量显微镜，放大200倍进行观察，可以观察到大蓝闪蝶蝶翅3鳞片近似成长方形，长约150μm，宽约80μm，鳞片前端圆滑，后端末梢有细长小柄，插到翅膀基底上，同时，蝶翅上均匀沉积有聚苯乙烯微球，聚苯乙烯微球(胶体晶体微2)组装于大蓝闪蝶蝶翅3脊间的空隙中，形成蝶翅/胶体晶体微球复合结构，这种复合结构是由两种周期的光子晶体复合而成，具有随角异色的独特光学性质，即不同观察方向上，具有不同的呈色效果，如图5所示，鳞片的边缘呈现柠檬黄色，且具有明亮的金属光泽。
如图6所示，是本实施例中重力沉降法制备的蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜角分辨反射光谱图。20°度入射角度时，在其镜面反射方向测得反射光谱如图6中曲线(a)所示，在350nm和575nm处有明显反射峰，且350nm光谱反射率高于575nm，350nm谱线宽度较宽，575nm谱线宽度较窄，随着观察角度的变化，当入射角度变为45°时，如图6中曲线(b)所示，镜面反射方向上测得的光谱反射峰出现在360nm和510nm处，样品呈现青绿色，且反射光强明显下降。
由以上实施例可知，本发明可实现宽色域、窄带隙、高亮度以及特殊呈色效果的结构色显示，不仅具有重要的科研价值，而且具有很大的应用价值。
以上所述具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，但并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）选用具有周期性结构的大蓝闪蝶蝶翅作为模板，对蝶翅进行表面预处理；
（2）配制胶体晶体微球分散液，并进行超声分散，使该分散液处于均匀分散状态；
（3）将步骤（1）中所述大蓝闪蝶蝶翅裁剪后，水平搁置于培养皿中，缓慢加入步骤（2）中所述的胶体晶体微球分散液，使其完全浸没蝶翅，再将培养皿放置于恒温恒湿箱中，通过重力沉降法进行组装，待溶剂完全蒸发后，得到蝶翅/胶体晶体微球复合结构，实现不同观察方向上具有特定的呈色效果；对蝶翅进行表面预处理的方法包括：
1）脱脂处理：先将蝶翅样本用生理盐水反复冲洗，浸泡于戊二醛溶液中固定，同时超声处理1-4min，去掉表面附着的污物；生理盐水为质量浓度为0.65%的NaC1溶液，戊二醛的质量浓度为1-3%；
2）脱水处理：将脱脂后的样本取出后用乙醇系列脱水，釆用的乙醇体积浓度分别是40%，50%，70%，纯乙醇；每个阶段各浸泡8-15分钟，经过自然干燥得到表面预处理的样品；
所述胶体晶体微球为聚苯乙烯微球或二氧化硅微球；所述胶体晶体微球的粒径为150-450nm，胶体晶体微球分散液的质量浓度为0.5-5%；所述恒温恒湿箱中，相对湿度为40%-60%；温度为40℃-60℃；所述组装的时间为1-72h；所述胶体晶体微球组装后为多层结构。
2.一种蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的批量制备方法，包括如下步骤：
（1）选用具有周期性结构的大蓝闪蝶蝶翅作为模板，对蝶翅进行表面预处理；
（2）采用聚二甲基硅氧烷反向复制处理好的蝶翅模板，得到蝶翅的反结构；
（3）将制备的反向聚二甲基硅氧烷薄膜进行表面硅烷化处理；
（4）以经表面硅烷化处理后的反向聚二甲基硅氧烷薄膜为模板，再次采用聚二甲基硅氧烷进行复制，得到具有蝶翅表面正结构的正向聚二甲基硅氧烷薄膜；
（5）重复步骤（3）、（4），批量制备具有蝶翅表面正结构的正向聚二甲基硅氧烷薄膜；
（6）配制胶体晶体微球分散液，并进行超声分散，使该分散液处于均匀分散状态；
（7）将得到的具有蝶翅表面正结构的正向聚二甲基硅氧烷薄膜，水平搁置于容器中，缓慢加入所述的胶体晶体微球分散液，使其完全浸没样品，再将容器放置于恒温恒湿箱中，通过重力沉降法进行自组装，待分散液中的溶剂完全蒸发后，得到蝶翅/胶体晶体微球复合结构，实现不同观察方向上具有特定的呈色效果；采用聚二甲基硅氧烷反向复制蝶翅模板的方法，包括以下步骤：
1）通过防水胶带沿将预处理过的蝶翅翅膀外缘轮廓采用压边方式将其粘贴固定于玻璃基片上，制得全翅面粘固生物模板；
2）将聚二甲基硅氧烷与固化剂甲基三甲氧基硅烷以10:1的体积比例混合，混合均匀，磁力搅拌5-10min，抽取真空，直至没有气泡；将上述混合液浇铸在所述生物模板上静置，然后置于50-70℃烘箱中固化1-3h后，聚二甲基硅氧烷薄膜成型，将聚二甲基硅氧烷薄膜与蝶翅生物模板剥离，得到具有蝶翅表面反结构的聚二甲基硅氧烷薄膜；
所述的具有蝶翅表面正结构的正向聚二甲基硅氧烷薄膜的复制方法，包括如下步骤：
1）将制备的具有蝶翅反结构的反向聚二甲基硅氧烷薄膜固定于玻璃基片上；
2）将聚二甲基硅氧烷与固化剂甲基三甲氧基硅烷以10:1的体积比例混合，混合均匀，磁力搅拌5-10min，抽取真空，直至没有气泡；将上述混合液浇铸在步骤1）中的模板上静置，然后置于50-70℃烘箱中固化1-3h，聚二甲基硅氧烷薄膜成型，将薄膜与模板剥离，得到具有蝶翅表面正结构的正向聚二甲基硅氧烷薄膜；所述胶体晶体微球为聚苯乙烯微球或二氧化硅微球；所述胶体晶体微球组装后为多层结构。
3.根据权利要求2所述的蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的批量制备方法，其特征在于：所述的反向聚二甲基硅氧烷薄膜进行表面硅烷化处理的方法，包括如下步骤：首先，对制备的反向聚二甲基硅氧烷薄膜进行等离子体处理，射频功率为100-200W，气体流量为50-100SCCM，处理时间为2-10min，然后将处理后的薄膜放在玻璃基片中央，在其周围的玻璃基片上滴加1-200μL的三氯（1H,1H,2H,2H-全氟辛基）硅烷，抽真空后放入干燥箱，加热2-4h，使固化好的聚二甲基硅氧烷薄膜容易脱模。
4.根据权利要求3所述的蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的批量制备方法，其特征在于：所述胶体晶体微球的粒径为150-450nm，胶体晶体微球分散液的质量浓度为0.5-5%；所述恒温恒湿箱中，相对湿度为40%-60%；温度为40℃-60℃；所述组装的时间为1-72h。
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