CN111072832B - 一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料及其制备方法 - Google Patents

一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111072832B
CN111072832B CN201911307617.7A CN201911307617A CN111072832B CN 111072832 B CN111072832 B CN 111072832B CN 201911307617 A CN201911307617 A CN 201911307617A CN 111072832 B CN111072832 B CN 111072832B
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid crystal
photonic crystal
mixing
mixture obtained
microsphere powder
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.)
Active
Application number
CN201911307617.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111072832A (zh
Inventor
周华民
王云明
赵虎
李德群
黄志高
张云
符岳
陈丹
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.)
Huazhong University of Science and Technology
Ezhou Institute of Industrial Technology Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Ezhou Institute of Industrial Technology Huazhong University of Science and Technology
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 Huazhong University of Science and Technology, Ezhou Institute of Industrial Technology Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201911307617.7A priority Critical patent/CN111072832B/zh
Publication of CN111072832A publication Critical patent/CN111072832A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111072832B publication Critical patent/CN111072832B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F212/00—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
    • C08F212/02—Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical
    • C08F212/04—Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical containing one ring
    • C08F212/06—Hydrocarbons
    • C08F212/08—Styrene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00—Processes of polymerisation
    • C08F2/46—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation
    • C08F2/48—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation by ultraviolet or visible light
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00—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 a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/10—Esters
    • C08F220/12—Esters of monohydric alcohols or phenols
    • C08F220/14—Methyl esters, e.g. methyl (meth)acrylate
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/02—Liquid crystal materials characterised by optical, electrical or physical properties of the components, in general
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
    • C09K19/38—Polymers
    • 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
    • C08J2325/00—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
    • C08J2325/02—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons
    • C08J2325/04—Homopolymers or copolymers of styrene
    • C08J2325/08—Copolymers of styrene
    • 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
    • C08J2333/00—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
    • C08J2333/04—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
    • C08J2333/06—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
    • C08J2333/10—Homopolymers or copolymers of methacrylic acid esters
    • C08J2333/12—Homopolymers or copolymers of methyl methacrylate

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本发明提供一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法：(1)将乙醇、水和分散剂混合，升温；(2)将可聚合单体、交联剂、液晶单体和光引发剂混合；(3)将所述步骤(2)得到的混合物与所述步骤(1)得到的混合物混合；(4)将步骤(3)得到的混合物与引发聚合剂混合，紫外灯照射，在70～100℃、氮气下保持3～9h，后冷冻干燥，得到胶体微球粉末；(5)将步骤(4)得到的胶体微球粉末完全转化为熔融态；(6)将步骤(5)得到的物料热压成型，后冷却；(7)将步骤(6)得到的物料进行溶剂刻蚀，风干，得到所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料。本发明液晶光子晶体材料，具有可变虹彩色、良好的机械性能、厚度可控、三维尺寸易于拓展延伸制备的优势。

Description

一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料及其制备方法
技术领域
本发明属于加工成形技术领域，具体涉及一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料及其制备方法。
背景技术
光子晶体虹彩色在自然界中随处可见，如各种颜色的宝石、大闪蝶翅膀、孔雀羽毛、昆虫表壳等。具体而言，虹彩色与化学色素类的染料、颜料生色原理不同，其是基于可见光波在微纳米光子晶体结构中的一系列光学过程所生成的与纳米单元尺度相对应的结构色，并具有随角度变化的特性。虹彩色材料具有角度变色性、绿色环保、光强高、永不褪色等优点，其在颜色、防伪、激光、军工等领域具有巨大的应用潜力。可变虹彩色的光子晶体材料能够受温度、磁或紫外光等条件影响来改变虹彩色，使虹彩色具有多功能性，在生物化学感应器、军事伪装和信息存储及彩色显示等领域拥有重要的应用价值。
目前，胶体颗粒自组装法是光子晶体结构材料的主要制备方法，在微小力的作用下纳米颗粒缓慢地进行排列，最终获得纳米颗粒周期性排列的光子晶体材料。但是该方法制得的材料存在厚度薄、机械性能差、三维尺寸难以进一步拓展延伸等缺点，而且难以大面积地制备，这些问题严重影响了虹彩色光子晶体材料的应用。常规的光子晶体制备技术所制备的光子晶体材料存在的瓶颈难题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料及其制备方法。本发明在胶体光子晶体微球的合成过程中掺入液晶分子，通过热压成型使掺杂液晶的胶体微球粉末排列为紧密堆叠的有序结构，并利用液晶分子的高温熔融态增加胶体微球粉末成形时的排列有序程度，随后通过有机溶剂表面刻蚀去除胶体微球粉末颗粒部分的液晶分子，从而形成高折射率差值以保证液晶光子晶体材料能反射出艳丽虹彩色。随着液晶分子折射率受温度、磁或紫外光的改变，所述液晶光子晶体材料实现了同角度下不同波长的虹彩色反射。本发明所述方法制备的液晶光子晶体材料，具有可变虹彩色、良好的机械性能、厚度可控、三维尺寸易于拓展延伸制备的优势。
用于实现上述目的的技术方案如下：
本发明提供一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)将乙醇、水和分散剂混合，升温至70～90℃；
(2)将可聚合单体、交联剂、液晶单体和光引发剂混合，搅拌10～20min；
(3)将步骤(2)得到的混合物和步骤(1)得到的混合物混合；
(4)向步骤(3)得到的混合物和引发聚合剂混合，后紫外灯照射15～30min，在70～100℃、氮气下保持3～9h，然后在1～100毫托、-30℃下冷冻干燥11～13h，得到胶体微球粉末；
(5)将步骤(4)得到的胶体微球粉末加热至100～250℃，保温，直至所述胶体微球粉末完全转化为熔融态；
(6)将步骤(5)得到的物料在温度为50～300℃、压力为150～300MPa的条件下热压成型0.5～1h，后冷却至25℃；
(7)将步骤(6)得到的物料进行溶剂刻蚀，风干，得到所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料。
在一个实施方案中，本发明所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法中，所述步骤(1)中，所述乙醇的体积、所述水的体积和所述分散剂的质量的比例为(30～70)ml:(80～120)ml:(0.1～1)g。
在一个实施方案中，本发明所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法中，所述步骤(2)中，按质量百分比计，所述可聚合单体、所述交联剂、所述液晶单体和所述光引发剂之比为70～90％:5～20％:1～20％:0.1～2％。
在一个实施方案中，本发明所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法中，所述步骤(1)中，所述分散剂选自十二烷基硫酸钠、十六烷和聚乙烯醇中的一种或两种以上；所述步骤(2)中，所述可聚合单体选自苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸乙酯中的一种或两种以上，所述交联剂选自二乙烯苯和/或二甲基丙烯酸乙二醇酯，所述液晶单体选自RM-82、RM-257和R6M中的一种或两种以上，所述光引发剂选自光引发剂365、光引发剂651和光引发剂369中的一种或两种以上；所述步骤(4)中，所述引发聚合剂选自过硫酸钾和/或偶氮二异丁腈。
在一个实施方案中，本发明所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法中，所述步骤(4)中，所述胶体微球粉末的粒径为10nm～360nm。
在一个实施方案中，本发明所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法中，所述步骤(4)中，所述引发聚合剂和所述步骤(2)中所述可聚合单体的质量分数之比为(0.5～1.5)％:100％。
在一个实施方案中，本发明所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法中，所述步骤(1)得到的混合物的体积与所述步骤(2)得到的混合物的质量的比例为(130～170)ml:(8～12)g。
在一个实施方案中，本发明所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法中，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将乙醇、水和分散剂混合，升温至85℃；
其中所述乙醇的体积、所述水的体积和所述分散剂的质量的比例为35ml:85ml:0.14g；
其中所述分散剂为十二烷基硫酸钠；
(2)将可聚合单体、交联剂、液晶单体和光引发剂混合，搅拌15min；
其中所述可聚合单体、所述交联剂、所述液晶单体和所述光引发剂的质量分数之比为80％:10％:10％:1％；
其中所述可聚合单体为苯乙烯，所述交联剂为二乙烯苯，所述液晶单体为R6M；所述光引发剂为光引发剂369；
(3)将所述步骤(2)得到的混合物与所述步骤(1)得到的混合物混合；
其中所述步骤(1)得到的混合物的体积与所述步骤(2)得到的混合物的质量的比例为150ml:10g；
(4)将步骤(3)得到的混合物与引发聚合剂混合，然后紫外灯照射20min，在70℃、氮气下保持6h，然后在50毫托、-30℃下冷冻干燥11h，得到粒径为220nm的胶体微球粉末；
其中所述引发聚合剂为过硫酸钾；
所述引发聚合剂和所述步骤(2)中所述可聚合单体的质量分数之比为1％:100％；
(5)将步骤(4)得到的胶体微球粉末加热至150℃，保温，直至所述胶体微球粉末完全转化为熔融态；
(6)将步骤(5)得到的物料在200℃、200MPa的条件下热压成型1h，然后冷却至25℃；
(7)将步骤(6)得到的物料进行溶剂刻蚀，风干，得到所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料。
在一个实施方案中，本发明所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法中，所述步骤(7)中，将步骤(6)得到的物料浸泡于丙酮和/或乙酸乙酯中1～30min进行溶剂刻蚀，风干，得到所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料。
本发明还提供根据本发明所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法得到的可变虹彩色的液晶光子晶体材料。
本发明所述制备方法针对虹彩色的液晶光子晶体材料制备的问题，提出了一种创新的热压成型、溶剂刻蚀方法，并结合液晶分子的热熔融特性，实现纳米颗粒的周期性密堆排列，形成短程、长程均有序的周期结构，进一步通过溶剂刻蚀来去取颗粒间隙的高分子以形成高的反射率差值，进而获得可变虹彩色的液晶光子晶体材料。
液晶分子在热压成型的过程呈熔融态，其流出胶体微球粉末并填满间隙，在热压成型后能具有可调控的几何空间形状，冷却后即可得到兼具特定形状和机械强度的可变虹彩色的液晶光子晶体材料，突破了常规制备方法仅能制备机械性能差的光子晶体薄膜的限制。
由于液晶折射率随着物理场而变化，因而经过液晶掺杂的胶体微球粉末由于具有场致变色响应性，可以实现在温度场、光波场、磁场等条件下变色的能力。通过制备不同纳米尺度的低交联的胶体微球粉末，我们可以实现在同一角度下不同结构色的反射，如红色、绿色、蓝色等，极大地拓宽了虹彩色的种类。本发明通过聚合反应，在聚合过程限定了分散剂的含量，从而获得不同纳米尺度的胶体微球粉末。
本发明基于热压成型的方法，将胶体微球粉末在熔融态下的液晶分子中排列为光子晶体结构，进一步而言，本发明所述各原料成分混合均匀，加工过程胶体微球粉末的受力是对称的，而且所得产品的形状是由模具形状所调控的，再加上所述液晶分子对温度场、光波场、磁场敏感的响应特性，所以本发明所述制备方法获得的液晶光子晶体材料具有良好的机械性能、厚度可控、三维尺寸易于拓展延伸的有益效果。
本发明利用分散聚合法并添加所述交联剂得到均匀分散的胶体微球粉末乳液，添加光引发剂能吸收一定波长的辐射能，经激发发生光化学变化，产生具有引发聚合能力的活性中间体(自由基或阳离子)的物质；在本发明制备方法中，在添加引发聚合剂后，照射一定时长的紫外灯，能够很好地引发所述液晶分子的聚合反应。进一步地，将得到的乳液冷冻干燥得到的胶体微球粉末由于交联作用而具有一定的机械强度，之后热压成型后的液晶光子晶体材料经过溶剂刻蚀后具有虹彩色，可以通过限定分散剂的用量来获得本发明所述胶体微球粉末，从而获得可变虹彩色的液晶光子晶体材料。
在本发明中，所述液晶分子在聚合时能进入到胶体微球粉末内部，在高温压力条件下又从胶体微球粉末中熔融态流出，提高了胶体微球粉末的流动性进而保证了胶体微球粉末更有序地排列成光子晶体结构。液晶分子在熔融态或被溶剂溶解之后，形成一种兼有晶体和液体的部分性质的中间态，既具液体的流动性、连续性，又具有晶体的有序性、各向异性。液晶分子的排列特点是，分子排列具有一定的指向矢(指向有规律)，这使得液晶分子具有各向异性。但液晶分子之间的相对位置不固定、无规律，这又使之具有流动性。基于液晶分子排列对温度、电场、磁场等外界刺激所具有的敏感性的特点，通过将液晶分子填充到胶体微球粉末中，合成出掺杂液晶的胶体微球粉末。
由于胶体微球粉末与间隙熔融态液晶分子间的折射率差值过小，热压成型后的虹彩色反射性差，而本发明将间隙的熔融态液晶分子通过进行溶剂刻蚀而去除，即可提高折射率差值而产生虹彩色。本发明基于液晶分子在溶剂良好的溶解性，通过有机溶剂浸泡就就可以将颗粒部分的液晶分子除去，而控制刻蚀的程度可以获得最艳丽的虹彩色。材料升温后由于液晶分子对温度敏感的特性，其折射率会发生变化，从而虹彩色也发生改变。进一步调控光子晶体的光学带隙，形成同角度下不同虹彩色。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1示出了本发明所述制备方法得到的胶体微球粉末的电镜图；
图2示出了本发明所述制备方法得到的经过热压的物料的电镜图；
图3示出了本发明所述制备方法得到的经过溶剂刻蚀的液晶光子晶体材料的电镜图；
图4示出了本发明所述制备方法得到的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的光学反射图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。
实施例1：本发明所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法
(1)将乙醇30ml、水80ml和十二烷基硫酸钠0.1g混合，升温至70℃；
(2)将苯乙烯7g、二乙烯苯0.5g、RM-82 0.1g和光引发剂369 0.01g混合，搅拌10min；
(3)将步骤(2)得到的混合物4g添加至步骤(1)得到的混合物65ml中；
(4)向步骤(3)得到的混合物中添加过硫酸钾，其中所述过硫酸钾的添加量和步骤(2)中所述苯乙烯的质量分数之比为0.5％:100％；然后紫外灯照射15min，在70℃、氮气下保持3h，然后在1毫托、-30℃下冷冻干燥13h，得到粒径为10nm的胶体微球粉末；
(5)将步骤(4)得到的胶体微球粉末经热重分析实验和差示扫描量热法实验来获取加热条件，获取该胶体微球粉末的分解温度、玻璃化转变温度以及粘流转化温度，其中以失重达到1％为标准来确定分解温度；然后将步骤(4)得到的胶体微球粉末加热至100℃，保温，直至所述胶体微球粉末完全转化为熔融态；
(6)将步骤(5)得到的物料在50℃、150MPa的条件下热压成型0.5h，然后冷却至25℃；
(7)将步骤(6)得到的物料浸泡于丙酮1min进行溶剂刻蚀，风干，得到所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料。
实施例2：本发明所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法
(1)将乙醇70ml、水120ml和十六烷1g混合，升温至90℃；
(2)将甲基丙烯酸甲酯9g、二甲基丙烯酸乙二醇酯2g、RM-257 2g和光引发剂3690.2g混合，搅拌20min；
(3)将步骤(2)得到的混合物6g添加至步骤(1)得到的混合物85ml中；
(4)向步骤(3)得到的混合物中添加过硫酸钾，其中所述过硫酸钾的添加量和所述步骤(2)中所述甲基丙烯酸甲酯的质量分数之比为1.5％:100％；然后紫外灯照射30min，在100℃、氮气下保持9h，然后在100毫托、-30℃下冷冻干燥11h，得到粒径为360nm的胶体微球粉末；
(5)将步骤(4)得到的胶体微球粉末经热重分析实验和差示扫描量热法实验来获取加热条件，获取该胶体微球粉末的分解温度、玻璃化转变温度以及粘流转化温度，其中以失重达到1％为标准来确定分解温度；然后将步骤(4)得到的胶体微球粉末加热至250℃，保温，直至所述胶体微球粉末完全转化为熔融态；
(6)将步骤(5)得到的物料在300℃、300MPa的条件下热压成型1h，然后冷却至25℃；
(7)将步骤(6)得到的物料浸泡于乙酸乙酯30min进行溶剂刻蚀，风干，得到所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料。
实施例3：本发明所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法
(1)将乙醇50ml、水100ml和聚乙烯醇0.8g混合，升温至80℃；
(2)将甲基丙烯酸乙酯9g、二乙烯苯2g、R6M 2g和光引发剂365 0.2g混合，搅拌15min；
(3)将步骤(2)得到的混合物5g添加至步骤(1)得到的混合物75ml中；
(4)向步骤(3)得到的混合物中添加偶氮二异丁腈，其中所述偶氮二异丁腈的添加量和所述步骤(2)中所述甲基丙烯酸乙酯的质量分数之比为1％:100％；然后紫外灯照射30min，在70℃、氮气下保持5h，然后在50毫托、-30℃下冷冻干燥13h，得到粒径为250nm的胶体微球粉末；
(5)将步骤(4)得到的胶体微球粉末经热重分析实验和差示扫描量热法实验来获取加热条件，获取该胶体微球粉末的分解温度、玻璃化转变温度以及粘流转化温度，其中以失重达到1％为标准来确定分解温度；然后将步骤(4)得到的胶体微球粉末加热至200℃，保温，直至所述胶体微球粉末完全转化为熔融态；
(6)将步骤(5)得到的物料在150℃、200MPa的条件下热压成型1h，然后冷却至25℃；
(7)将步骤(6)得到的物料浸泡于乙酸乙酯15min进行溶剂刻蚀，风干，得到所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料。
实施例4：本发明所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法
(1)将乙醇35ml、水85ml和聚乙烯醇0.14g混合，升温至80℃；
(2)将甲基丙烯酸乙酯9g、二乙烯苯2g、R6M 2g和光引发剂651 0.2g混合，搅拌15min；
(3)将步骤(2)得到的混合物5g添加至步骤(1)得到的混合物75ml中；
(4)向步骤(3)得到的混合物中添加偶氮二异丁腈，其中所述偶氮二异丁腈的添加量和所述步骤(2)中所述甲基丙烯酸乙酯的质量分数之比为1％:100％；然后紫外灯照射30min，在80℃、氮气下保持5h，然后在50毫托、-30℃下冷冻干燥12h，得到粒径为50nm的胶体微球粉末；
(5)将步骤(4)得到的胶体微球粉末经热重分析实验和差示扫描量热法实验来获取加热条件，获取该胶体微球粉末的分解温度、玻璃化转变温度以及粘流转化温度，其中以失重达到1％为标准来确定分解温度；然后将步骤(4)得到的胶体微球粉末加热至200℃，保温，直至所述胶体微球粉末完全转化为熔融态；
(6)将步骤(5)得到的物料在150℃、300MPa的条件下热压成型1h，然后冷却至25℃；
(7)将步骤(6)得到的物料浸泡于乙酸乙酯25min进行溶剂刻蚀，风干，得到所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料。
实施例5：本发明所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法
(1)将乙醇35ml、水85ml和十二烷基硫酸钠0.14g混合，升温至85℃；
(2)将苯乙烯8g、二乙烯苯1g、R6M 1g和光引发剂369 0.1g混合，搅拌15min；
(3)将步骤(2)得到的混合物5g添加至步骤(1)得到的混合物75ml中；
(4)向步骤(3)得到的混合物中添加过硫酸钾，其中所述过硫酸钾的添加量和所述步骤(2)中所述苯乙烯的质量分数之比为1％:100％；然后紫外灯照射20min，在70℃、氮气下保持6h，然后在50毫托、-30℃下冷冻干燥11h，得到粒径为220nm的胶体微球粉末；
(5)将步骤(4)得到的胶体微球粉末经热重分析实验和差示扫描量热法实验来获取加热条件，获取该胶体微球粉末的分解温度、玻璃化转变温度以及粘流转化温度，其中以失重达到1％为标准来确定分解温度；然后将步骤(4)得到的胶体微球粉末加热至150℃，保温，直至所述胶体微球粉末完全转化为熔融态；
(6)将步骤(5)得到的物料在200℃、200MPa的条件下热压成型1h，然后冷却至25℃；
(7)将步骤(6)得到的物料浸泡于丙酮15min进行溶剂刻蚀，风干，得到所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料。
从附图1可以看出，本发明实施例1～5所述的制备方法得到的胶体微球粉末，实现了良好粒度均一性，这保证了最终产品的优良光学性能。
从附图2可以看出，本发明实施例1～5所述的制备方法得到的经过热压的物料呈黄色透明状，呈现光子晶体结构，但被熔融高分子包覆着，这说明了所述液晶分子填充到了胶体微球粉末间隙之间。
从附图3可以看出，本发明实施例1～5所述的制备方法得到的经过溶剂刻蚀的液晶光子晶体材料表面呈现光子晶体结构，实现了不同颜色的结构色反射。
从附图4可以看出，本发明实施例1～5所述的制备方法得到的液晶光子晶体材料，其绿色光波段反射率最高可达22％，且布拉格衍射峰形好，达到光子晶体基本光学性能，实现了本发明所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备，能发出艳丽的颜色，满足实际应用的要求。
总之，以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）将乙醇、水和分散剂混合，升温至70~90℃；
（2）将聚合单体、交联剂、液晶单体和光引发剂混合，搅拌10~20 min；所述液晶单体选自RM-82、RM-257和R6M中的一种或两种以上;
（3）将步骤（2）得到的混合物和步骤（1）得到的混合物混合；
（4）向步骤（3）得到的混合物和引发聚合剂混合，后紫外灯照射15~30 min，在70~100℃、氮气下保持3~9 h，然后在1~100毫托、-30℃下冷冻干燥11~13 h，得到胶体微球粉末；
（5）将步骤（4）得到的胶体微球粉末加热至100~250℃，保温，直至所述胶体微球粉末完全转化为熔融态；
（6）将步骤（5）得到的物料在温度为50~300℃、压力为150~300 MPa的条件下热压成型0.5~1 h，后冷却至25℃；
（7）将步骤（6）得到的物料进行溶剂刻蚀，风干，得到所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料。
2.根据权利要求1所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述乙醇的体积、所述水的体积和所述分散剂的质量的比例为（30~70）mL :（80~120）mL :（0.1~1）g。
3.根据权利要求1所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，按质量百分比计，所述聚合单体、所述交联剂、所述液晶单体和所述光引发剂之比为70~90% : 5~20% :1~20% : 0.1~2%。
4.根据权利要求1所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述分散剂选自十二烷基硫酸钠和聚乙烯醇中的一种或两种以上；所述步骤（2）中，所述聚合单体选自苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸乙酯中的一种或两种以上，所述交联剂选自二乙烯苯和/或二甲基丙烯酸乙二醇酯，所述光引发剂选自光引发剂365、光引发剂651和光引发剂369中的一种或两种以上；所述步骤（4）中，所述引发聚合剂选自过硫酸钾和/或偶氮二异丁腈。
5.根据权利要求1所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述胶体微球粉末的粒径为10 nm~360 nm。
6.根据权利要求1所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述引发聚合剂和所述步骤（2）中所述聚合单体的质量分数之比为（0.5~1.5）%:100%。
7.根据权利要求1所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）得到的混合物的体积与所述步骤（2）得到的混合物的质量的比例为（130~170）mL:（8~12）g。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法，其特征在于，制备方法包括如下步骤：
（1）将乙醇、水和分散剂混合，升温至85℃；
其中所述乙醇的体积、所述水的体积和所述分散剂的质量的比例为35 mL : 85 mL :0.14 g；
其中所述分散剂为十二烷基硫酸钠；
（2）将聚合单体、交联剂、液晶单体和光引发剂混合，搅拌15 min；
其中所述聚合单体、所述交联剂、所述液晶单体和所述光引发剂的质量分数之比为80% :10% : 10% : 1%；
其中所述聚合单体为苯乙烯，所述交联剂为二乙烯苯，所述液晶单体为R6M；所述光引发剂为光引发剂369；
（3）将所述步骤（2）得到的混合物与所述步骤（1）得到的混合物混合；
其中所述步骤（1）得到的混合物的体积与所述步骤（2）得到的混合物的质量的比例为150 mL :10 g；
（4）将步骤（3）得到的混合物与引发聚合剂混合，然后紫外灯照射20 min，在70℃、氮气下保持6 h，然后在50毫托、-30℃下冷冻干燥11 h，得到粒径为220 nm的胶体微球粉末；
其中所述引发聚合剂为过硫酸钾；
所述引发聚合剂和所述步骤（2）中所述聚合单体的质量分数之比为1% : 100%；
（5）将步骤（4）得到的胶体微球粉末加热至150℃，保温，直至所述胶体微球粉末完全转化为熔融态；
（6）将步骤（5）得到的物料在200℃、200 MPa的条件下热压成型1 h，然后冷却至25℃；
（7）将步骤（6）得到的物料进行溶剂刻蚀，风干，得到所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料。
9.根据权利要求8所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（7）中，将步骤（6）得到的物料浸泡于丙酮和/或乙酸乙酯中1~30 min进行溶剂刻蚀，风干，得到所述可变虹彩色的液晶光子晶体材料。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的可变虹彩色的液晶光子晶体材料的制备方法得到的可变虹彩色的液晶光子晶体材料。
CN201911307617.7A 2019-12-18 2019-12-18 一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料及其制备方法 Active CN111072832B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911307617.7A CN111072832B (zh) 2019-12-18 2019-12-18 一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911307617.7A CN111072832B (zh) 2019-12-18 2019-12-18 一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111072832A CN111072832A (zh) 2020-04-28
CN111072832B true CN111072832B (zh) 2022-04-08

Family

ID=70315390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911307617.7A Active CN111072832B (zh) 2019-12-18 2019-12-18 一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111072832B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112213801B (zh) * 2020-11-20 2021-08-17 大连理工大学 一种基于光传播介质变化即时响应的透明-彩色转变的密封式光子晶体光栅

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6821457B1 (en) * 1998-07-29 2004-11-23 Science Applications International Corporation Electrically switchable polymer-dispersed liquid crystal materials including switchable optical couplers and reconfigurable optical interconnects
CN101872081A (zh) * 2010-06-10 2010-10-27 复旦大学 光致形变液晶高分子三维可调谐光子晶体及其制备方法
WO2010131046A1 (en) * 2009-05-13 2010-11-18 The University Of Hull Photonic crystal structure and method of formation thereof
JP2012048189A (ja) * 2010-08-25 2012-03-08 National Cheng Kung Univ フォトニック結晶構造を有する高分子膜の製造方法
CN102532567A (zh) * 2010-12-23 2012-07-04 成功大学 具有光子晶体结构的高分子膜的制造方法
CN105980526A (zh) * 2014-02-13 2016-09-28 默克专利股份有限公司 基于反应性介晶的聚合物颗粒
CN109808149A (zh) * 2018-12-28 2019-05-28 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种基于纳米复材制备不同结构色光子晶体制件的成形方法
CN109942878A (zh) * 2019-01-31 2019-06-28 华中科技大学 一种热压成型制备反蛋白结构高分子材料的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11046887B2 (en) * 2018-03-21 2021-06-29 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Photonic crystal comprising photo-responsive molecules and method of preparing the same

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6821457B1 (en) * 1998-07-29 2004-11-23 Science Applications International Corporation Electrically switchable polymer-dispersed liquid crystal materials including switchable optical couplers and reconfigurable optical interconnects
WO2010131046A1 (en) * 2009-05-13 2010-11-18 The University Of Hull Photonic crystal structure and method of formation thereof
CN101872081A (zh) * 2010-06-10 2010-10-27 复旦大学 光致形变液晶高分子三维可调谐光子晶体及其制备方法
JP2012048189A (ja) * 2010-08-25 2012-03-08 National Cheng Kung Univ フォトニック結晶構造を有する高分子膜の製造方法
CN102532567A (zh) * 2010-12-23 2012-07-04 成功大学 具有光子晶体结构的高分子膜的制造方法
CN105980526A (zh) * 2014-02-13 2016-09-28 默克专利股份有限公司 基于反应性介晶的聚合物颗粒
CN109808149A (zh) * 2018-12-28 2019-05-28 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种基于纳米复材制备不同结构色光子晶体制件的成形方法
CN109942878A (zh) * 2019-01-31 2019-06-28 华中科技大学 一种热压成型制备反蛋白结构高分子材料的方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Mechanochromic and thermochromic shape memory photonic crystal films based on core/shell nanoparticles for smart monitoring;Pan Wu等;《Nanoscale》;20190923(第42期);第20015-20023页 *
Photorefractive photonic crystals fabricated with PMMA and 5CB based materials using three-dimensional colloidal crystals;Shulei Li等;《Journal of Materials Chemistry C》;20130618(第33期);第5072-5077页 *
Preparation of Iridescent 2D Photonic Crystals by Using a Mussel-Inspired Spatial Patterning of ZIF‑8 with Potential Applications in Optical Switch and Chemical Sensor;Amir Razmjou等;《ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES》;20171009;第9卷(第43期);第38076-38080页 *
可逆的溶剂敏感型液晶弹性体—胶体晶体的制备及性能研究;尚园园;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）工程科技I辑》;20190115(第1期);B014-2661 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111072832A (zh) 2020-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gallei Functional Polymer Opals and Porous Materials by Shear‐Induced Assembly of Tailor‐Made Particles
CN103409801B (zh) 一种高强度交联型聚合物光子晶体膜的制备方法
CN112965268B (zh) 具有多角度光致变色效果的柔性光子晶体及其制备方法
Schäfer et al. Utilizing Stretch‐Tunable Thermochromic Elastomeric Opal Films as Novel Reversible Switchable Photonic Materials
Gu et al. Rapid synthesis of monodisperse polymer spheres for self-assembled photonic crystals
KR101055706B1 (ko) 유동성 콜로이드 결정체 및 이를 이용하여 삼차원 정합체를제조하는 방법
CN111072832B (zh) 一种可变虹彩色的液晶光子晶体材料及其制备方法
CN113105773B (zh) 一种三维光子晶体结构色色粉及其制备方法
US20200190704A1 (en) Method for preparing inverse opal colloidal crystal fibers
CN110527124B (zh) 一种低角度依赖性结构显色薄膜的制备方法
CN102625817A (zh) 球状核壳型氧化铈/高分子杂化纳米粒子的聚集体及其制造方法
Yu et al. Robust and flexible thermal-plasticizing 3D shaped composite films with invariable and brilliant structural color
Liu Self-assembly of poly (styrene-methyl methacrylate-acrylic acid)(P (St-MMA-AA)) colloidal microspheres on wood surface by thermal-assisted gravity deposition
CN113386437B (zh) 具有温度/电压响应变色的柔性光子晶体材料及其制备方法
JP2018203843A (ja) 粒子集合体
Wang et al. Self-healable poly (vinyl alcohol) photonic crystal hydrogel
Tse et al. Synthesis of dyed monodisperse poly (methyl methacrylate) colloids for the preparation of submicron periodic light-absorbing arrays
Li et al. Construction of photonic crystals with thermally adjustable pseudo-gaps
CN107015380B (zh) 变色层材料、制品及其制备方法
Liu et al. Magnetic field induced formation of visually structural colored fiber in micro-space
Zhang et al. Sessile Microdroplet‐Based Writing Board for Patterning of Structural Colored Hydrogels
Hirai et al. RETRACTED: Size-controlled spherical polymer nanoparticles: Synthesis with tandem acoustic emulsification followed by soap-free emulsion polymerization and one-step fabrication of colloidal crystal films of various colors
Yu et al. Facile Access to High Solid Content Monodispersed Microspheres via Dual‐Component Surfactants Regulation toward High‐Performance Colloidal Photonic Crystals
Sun et al. Photochromic supramolecular photonic crystals based on host–guest interactions
JP2011164469A (ja) フォトニック結晶構造を有する成形体およびその製造方法

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