CN110328131A - 垂直沉积法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法 - Google Patents

垂直沉积法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110328131A
CN110328131A CN201910600237.6A CN201910600237A CN110328131A CN 110328131 A CN110328131 A CN 110328131A CN 201910600237 A CN201910600237 A CN 201910600237A CN 110328131 A CN110328131 A CN 110328131A
Authority
CN
China
Prior art keywords
butterfly wing
colloidal crystal
butterfly
crystal microsphere
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910600237.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110328131B (zh
Inventor
吕伟
赵晋彬
郭鹏飞
闵东
李修
黄敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Graphic Communication
Shenzhen Jinjia Group Co Ltd
Original Assignee
Beijing Institute of Graphic Communication
Shenzhen Jinjia Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Graphic Communication, Shenzhen Jinjia Group Co Ltd filed Critical Beijing Institute of Graphic Communication
Priority to CN201910600237.6A priority Critical patent/CN110328131B/zh
Publication of CN110328131A publication Critical patent/CN110328131A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110328131B publication Critical patent/CN110328131B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/24—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials for applying particular liquids or other fluent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04—Coating
    • C08J7/0427—Coating with only one layer of a composition containing a polymer binder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04—Coating
    • C08J7/06—Coating with compositions not containing macromolecular substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/12—Chemical modification
    • C08J7/123—Treatment by wave energy or particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2383/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
    • C08J2383/04—Polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2425/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Derivatives of such polymers
    • C08J2425/02—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons
    • C08J2425/04—Homopolymers or copolymers of styrene
    • C08J2425/06—Polystyrene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2433/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
    • C08J2433/04—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers esters
    • C08J2433/06—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers esters of esters containing only carbon, hydrogen, and oxygen, the oxygen atom being present only as part of the carboxyl radical
    • C08J2433/10—Homopolymers or copolymers of methacrylic acid esters
    • C08J2433/12—Homopolymers or copolymers of methyl methacrylate

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种垂直沉积法制备蝶翅/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，垂直搁置于培养皿中，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，通过垂直沉积法进行组装，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

垂直沉积法制备蝶翅/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，具体涉及一种采用垂直沉积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；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，垂直搁置于培养皿 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，通过垂直沉积法进行自组装，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)中所述胶体晶体微球为聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯 或二氧化硅微球等。
优选地，步骤(2)中所述微球粒径为100-650nm。
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0.5-7％。
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1-5cm2，培养皿直径3cm。
优选地，步骤(3)中加入胶体晶体微球分散液的体积为1-10mL。
优选地，步骤(3)中所述恒温恒湿箱中，设置的相对湿度为40％-70％；温度 为35℃-65℃。
优选地，步骤(3)中所述组装时间为1-72h。
优选地，步骤(3)中所述胶体晶体微球组装后得到单层结构。
通过重复上述方法可以制备得到层数可控的蝶翅/胶体晶体微球复合结构，既可得到单层结构也可得到多层结构。
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，垂直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，通过垂直沉积法进行 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、聚甲基丙烯酸甲酯 或二氧化硅微球等。
优选地，步骤(5)中所述微球粒径为100-650nm。
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0.5-7％。
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或朝外放置。
优选地，步骤(6)中所述恒温恒湿箱中，设置的相对湿度为40％-70％；温度 为35℃-65℃。
优选地，步骤(6)中所述组装时间为1-72h。
优选地，步骤(6)中所述胶体晶体微球组装后单层结构。
通过重复上述方法可以制备得到层数可控的蝶翅/胶体晶体微球复合结构，既可得到单层结构也可得到多层结构。
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中垂直沉积法制备的蝶翅/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中垂直沉积法制备的蝶翅/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中垂直沉积法制备的蝶翅/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)：垂直于翅脊方向，图3(b)： 平行于翅脊方向。
图4是本发明实施例2中批量制备仿蝶翅结构的示意图。
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，垂直搁置于培养皿中，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，通过垂直沉积进 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，垂直搁置于培养皿中， 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，通过垂直沉积进行组装，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
本实施例采用垂直沉积法制备蝶翅/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2.5mL粒径350nm、质量浓度为5％的聚苯乙烯微球分散液(胶 体晶体微2)，超声分散3min，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2cm2大小，垂直搁置于 培养皿1中，缓慢加入步骤2中制备的2.5mL粒径350nm、浓度为5％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40℃， 相对湿度设置为65％，通过垂直沉积法进行组装，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，是本实施例的垂直沉积法制备蝶翅/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，其中胶体晶体 微球2为聚苯乙烯微球；微球粒径为350nm；微球分散浓度为5％；超声分散时间 为5min；大蓝闪蝶蝶翅3裁剪尺寸为2cm2，培养皿1直径3cm；液体体积为2.5mL； 恒温恒湿箱所设置的相对湿度为65％，温度为40℃；胶体晶体微球组装后为单层结 构；组装时间为72h。
如图2所示，是本实施例中垂直沉积法制备的蝶翅/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600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，大蓝闪蝶蝶翅3上 均匀沉积有二氧化硅微球(胶体晶体微2)，微球嵌入蝶翅内部，并于翅脊间单层 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，具有独特的光学性质，即在平行于翅脊的方向和垂直于翅脊的方向具有明 显不同的反射带隙，呈现不同的色彩效果(如图2所示，鳞片的边缘呈现粉紫色)。
如图3(a)和图3(b)所示，是本实施例中垂直沉积法制备的蝶翅/胶体晶体 微球复合结构色薄膜角分辨反射光谱图。垂直于翅脊方向测量时，在其镜面反射方 向测得反射光谱如图3(a)所示，在430nm和640nm处有明显反射峰，且640nm 光谱反射率高于430nm，谱线宽度较宽，改变观察角度，平行于翅脊方向测量时， 在其镜面反射方向测得反射光谱如图3(b)所示，镜面反射方向上测得的光谱反射 峰只在640nm处出现，谱线宽度相比于垂直方向观察明显变窄，且光谱反射率很高， 样品呈现明亮的红色。
实施例2
本实施例采用垂直沉积法批量制备蝶翅/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350nm、质量浓度为5％的聚苯乙烯微球分散液(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，垂直搁置于培 养皿1中，分批次缓慢加入步骤5中制备的500mL粒径350nm、浓度为5％的聚苯 乙烯微球分散液(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40℃，相 对湿度设置为65％，通过垂直沉积法进行组装，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
本实施例采用垂直沉积法制备蝶翅/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2mL粒径300nm、质量浓度为3％的二氧化硅微球分散液(胶体 晶体微2)，超声分散3min，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2cm2大小，垂直搁置于 培养皿1中，缓慢加入步骤2中制备的2mL粒径300nm、浓度为3％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40℃， 相对湿度设置为60％，通过垂直沉积法进行组装，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，是本实施例的垂直沉积法制备蝶翅/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，其中胶体晶体 微球2为二氧化硅微球；微球粒径为300nm；微球分散浓度为3％；超声分散时间 为3min；大蓝闪蝶蝶翅3裁剪尺寸为2cm2，培养皿1直径3cm；液体体积为2mL； 恒温恒湿箱所设置的相对湿度为60％，温度为40℃；胶体晶体微球组装后为单层结 构；组装时间为48h。
经过上述方法处理后的大蓝闪蝶蝶翅3上均匀沉积有二氧化硅微球(胶体晶体 微2)，微球嵌入蝶翅内部，并于翅脊间规则排列，形成蝶翅/胶体晶体微球复合结 构，这种复合结构在平行于翅脊的方向和垂直于翅脊的方向具有明显不同的反射带 隙，呈现不同的色彩效果，垂直于翅脊方向测量时，其镜面反射20度方向在370nm 和650nm处有明显反射峰，且650nm处谱线宽度较窄，样品呈红色，改变观察角 度，平行于翅脊在其镜面反射20度方向反射峰在570nm处，谱线宽度相比于垂直 方向观察明显变窄，且光谱反射率很高，样品呈现黄绿色。
实施例4
本实施例采用垂直沉积法制备蝶翅/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280nm、质量浓度为0.5％的聚甲基丙烯酸甲脂微球分 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2cm2大小，垂直搁置于 培养皿1中，缓慢加入步骤2中制备的1mL粒径280nm、浓度为0.5％的聚甲基丙 烯酸甲脂微球分散液(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55％，通过垂直沉积法进行组装，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，是本实施例的垂直沉积法制备蝶翅/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，其中胶体晶体 微球2为聚甲基丙烯酸甲脂微球；微球粒径为280nm；微球分散浓度为0.5％；超声 分散时间为2min；大蓝闪蝶蝶翅3裁剪尺寸为2cm2，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55％，温度为50℃；胶体晶体微球组装 后为单层结构；组装时间为72h。
经过上述方法处理后所形成的蝶翅/胶体晶体微球复合结构在平行于翅脊的方向和垂直于翅脊的方向具有明显不同的反射带隙，呈现不同的色彩效果，垂直于翅 脊方向测量时，其镜面反射20度方向在545nm处有明显反射峰样品呈绿色，改变 观察角度，平行于翅脊在其镜面反射20度方向反射峰在470nm处，谱线宽度相比 于垂直方向观察明显变窄，且光谱反射率很高，样品呈现蓝色。
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 (10)

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，垂直搁置于培养皿中，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，通过垂直沉积法进行组装，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。
2.根据权利要求1所述的蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的制备方法，其特征在于：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。
3.根据权利要求1所述的蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的制备方法，其特征在于：所述胶体晶体微球为聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯或二氧化硅微球。
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制备方法，其特征在于：所述胶体晶体微球的粒径为100-650nm，胶体晶体微球分散液的质量浓度为0.5-7％。
5.根据权利要求1所述的蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的制备方法，其特征在于：所述恒温恒湿箱中，相对湿度为40％-70％；温度为35℃-65℃；所述组装的时间为1-72h。
6.根据权利要求1所述的蝶翅/胶体晶体微球复合结构色薄膜的制备方法，其特征在于：所述胶体晶体微球组装后为单层结构。
7.一种蝶翅/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，垂直搁置于容器中，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，通过垂直沉积法进行自组装，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。
8.根据权利要求7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：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。
9.根据权利要求7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。
10.根据权利要求7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：所述胶体晶体微球为聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯或二氧化硅微球；所述胶体晶体微球的粒径为100-650nm，胶体晶体微球分散液的质量浓度为0.5-7％；所述恒温恒湿箱中，相对湿度为40％-70％；温度为35℃-65℃；所述组装的时间为1-72h；采用垂直沉积法进行组装时，所述胶体晶体微球组装后为单层结构。
CN201910600237.6A 2019-07-04 2019-07-04 垂直沉积法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法 Active CN110328131B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910600237.6A CN110328131B (zh) 2019-07-04 2019-07-04 垂直沉积法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910600237.6A CN110328131B (zh) 2019-07-04 2019-07-04 垂直沉积法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110328131A true CN110328131A (zh) 2019-10-15
CN110328131B CN110328131B (zh) 2022-02-18

Family

ID=68143058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910600237.6A Active CN110328131B (zh) 2019-07-04 2019-07-04 垂直沉积法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110328131B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010132771A (ja) * 2008-12-04 2010-06-17 Toyota Central R&D Labs Inc ポリマーで固定化されたコロイド結晶及びその製造方法
CN102126728A (zh) * 2011-01-12 2011-07-20 华东师范大学 一种周期性SiO2鳞片状纳米结构及其制备方法
CN102173862A (zh) * 2010-12-15 2011-09-07 太原理工大学 一种光子晶体反蛋白石薄膜的制备方法
CN103103601A (zh) * 2011-11-10 2013-05-15 中国科学院化学研究所 在超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面制备无裂纹光子晶体的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010132771A (ja) * 2008-12-04 2010-06-17 Toyota Central R&D Labs Inc ポリマーで固定化されたコロイド結晶及びその製造方法
CN102173862A (zh) * 2010-12-15 2011-09-07 太原理工大学 一种光子晶体反蛋白石薄膜的制备方法
CN102126728A (zh) * 2011-01-12 2011-07-20 华东师范大学 一种周期性SiO2鳞片状纳米结构及其制备方法
CN103103601A (zh) * 2011-11-10 2013-05-15 中国科学院化学研究所 在超疏水生物体或超疏水仿生物体的表面制备无裂纹光子晶体的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110328131B (zh) 2022-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110201871B (zh) 重力沉降法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法
Liu et al. Self-assembled colloidal arrays for structural color
CN109021481B (zh) 一种具有亮丽珠光色泽的彩色反蛋白石结构光子晶体塑料薄膜、其制备方法及应用
CN106019416B (zh) 一种抗uv线/红外及增强颜色与色牢度的光子晶体材料
Gao et al. Self-assembly of silica colloidal crystal thin films with tuneable structural colours over a wide visible spectrum
Zhang et al. Using cuttlefish ink as an additive to produce non‐iridescent structural colors of high color visibility
US4434010A (en) Article and method for forming thin film flakes and coatings
CN108948394A (zh) 一种具有亮丽虹彩色的夹心蛋白石光子晶体塑料膜及其制备和在商标防伪的应用
CN108325481A (zh) 色彩可调的光子晶体装饰涂层及其制备方法
EP2371908A2 (en) Pigment consisting of photonic crystals for a paint composition, and method for producing same
CN105543973B (zh) 一种形貌可演变的无机-有机复合反蛋白石结构光子晶体的制备方法及应用
Xue et al. Preparation of noniridescent structurally colored PS@ TiO2 and Air@ C@ TiO2 core–shell nanoparticles with enhanced color stability
Liu et al. Bio‐Inspired Highly Brilliant Structural Colors and Derived Photonic Superstructures for Information Encryption and Fluorescence Enhancement
Tang et al. Polymer opal with brilliant structural color under natural light and white environment
CN113504584B (zh) 多模式可变结构色三维有序结构色膜及其制备方法与应用
CN110328131A (zh) 垂直沉积法制备蝶翅/胶体晶体微球复合结构色膜的方法
CN104369562A (zh) 镭射全息防伪局部压印转移技术
Areias et al. Polymer nanoparticle-based spherical photonic pigments for dye-free noniridescent bright coloring
CN107217304B (zh) 一种蚕丝蛋白光子晶体彩粉
CN100579802C (zh) 一种仿真硅像化妆工艺
Yang et al. Novel SiO2 photonic crystal microspheres as inorganic pigments for structural color contact lenses
CN111826995B (zh) 一种高亮度窄带隙高附着力结构色薄膜的制备方法
CN112346151A (zh) 一种实现高性能结构色的单晶硅超表面及其制备方法
WO2007051368A1 (fr) Images à base de pvc ayant un revêtement de métal, compositions de revêtement et procédés servant à fabriquer celles-ci
Li et al. Preparation of inverse opal zirconia

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant