CN115201944A - 仿生变色材料、其制备工艺以及仿生变色体系 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿生变色材料及其制备工艺、仿生变色体系，所述仿生变色材料包括基底以及分散于所述基底表面的光学结构，所述光学结构包括呈微米和/或纳米级别相分离的微结构，该微结构的尺寸为10nm‑5μm，相邻的微结构之间的距离小于1μm，所述微结构和或相分离区域与空气之间的折射率差值不小于0.1，其中，所述基底以及光学结构均由透明材料制成。
Description
技术领域
本发明是关于变色材料技术领域，特别是关于一种仿生变色材料、其制备工艺以及仿生变色体系。
背景技术
目前实现材料色彩动态调控的方式主要有三类：(1)利用卤化银在光线照射下分解出银，从原有透明态变为着色态，光线消失后，在催化剂作用下重新生成卤化银而变为透明，这种变色方式在变色镜片中有广泛应用；(2) 聚合物分散液晶(Polymer DispersedLiquid Crystal,PDLC)在不加电状态下随机排列，对光产生散射，呈现不透明的状态，当施加电场后，液晶分子集体取向排列，散射消失，变为透明状态，这在办公室、浴室等需要隐私保护和空间通透性的场合有所应用；(3)有机或无机电致变色(Electrochromic,EC)，通过电场驱动控制离子的进入和脱出或氧化还原反应，实现对颜色的改变，这在节能建筑、飞机舷窗中有所应用。由此可见，现有的变色技术通常依赖于物理或化学变化实现变色，绝大部分对材料和制备技术要求极高，为了达到大面积快速变色的效果，需要严格控制生产过程中每一个细小的环节，这使得变色技术进入人们日常生活还存在一定难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种仿生变色材料、其制备工艺，其能够降低变色材料及其制备工艺的要求。
本发明的另一目的在于提供一种仿生变色体系。
为实现上述目的，本发明的实施方式提供了一种一种仿生变色材料，其特征在于，包括基底以及分散于所述基底表面的光学结构，所述光学结构包括呈微米和/或纳米级别相分离的微结构，该微结构的尺寸为10nm-5μm，相邻的微结构之间的距离小于1μm，所述微结构和相分离区域的折射率差值不小于0.1，
其中，所述基底以及光学结构均由透明材料制成。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述微结构为金字塔型、倒金字塔型、圆锥型、圆柱型、圆台型、球型、球冠型以及不规则型中的至少一种。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述透明材料包括PDMS、PET、PEN、 PI、PC、PMMA、PVB、PVA以及PE中的至少一种。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述基底和微结构的原料还包括无机颗粒。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述无机颗粒由SiO2、TiO2、ZrO2以及Al2O3中的至少一种材料制得。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述基底表面以及微结构表面形成有疏水层或疏油层。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述疏水层或疏油层由氟硅烷以及氟碳材料中的至少一种制得。
本发明的实施方式还提供了一种如上述的仿生变色材料的制备工艺，包括以下步骤：
制备模板；
将用于制备仿生变色材料的原料或其原料的前驱体涂布在模板上，得到中间体；以及
将中间体进行固化处理后，分离即得到仿生变色材料。
在本发明的一个或多个实施方式中，制备模板包括：
通过紫外光刻、3D打印、纳米压印、湿法腐蚀以及干法腐蚀中的任一一种方法对模板表面加工出与所述仿生变色材料中的微结构相对应的制备槽。
本发明的实施方式还提供了一种仿生变色体系，包括仿生溶液以及如上述的仿生变色材料，所述仿生溶液与光学结构的折射率差值小于0.1。
与现有技术相比，根据本发明实施方式的仿生变色材料及仿生变色体系，通过基底以及分散于所述基底表面的光学结构，光学结构使对入射的可见光产生散射、干涉或衍射现象，从而使仿生变色材料呈现出着色状态即不透明状态，当仿生溶液与基底表面的光学结构的表面相接触时，由于仿生溶液的折射率与光学结构的折射率较为接近，两者整体上来说对可见光不再可以区分，因此，原有的散射、干涉或衍射现象消失，最终使仿生变色体系呈现出透明的视觉效果，通过控制仿生液体是否与仿生变色材料相接触，便可以使仿生变色体系在着色态和透明态之间切换，达到仿生变色的目的。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的仿生变色材料结构示意图；
图2是根据本发明另一实施方式的仿生变色材料的剖面图；
图3是根据本发明一实施方式的仿生变色材料的制备工艺的流程图；
图4是根据本发明实施例一的制绒硅模板截面结构示意图；
图5是根据本发明实施例一的仿生变色材料制备流程图；
图6是根据本发明实施例二的仿生变色材料制备流程图；
图7是根据本发明实施例三的图形化蓝宝石模板截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
根据本发明优选实施方式的仿生变色体系包括仿生溶液以及仿生变色材料，仿生溶液与仿生变色材料的光学折射率相近。
仿生变色材料包括基底以及分散于所述基底表面的光学结构，光学结构包括呈微米和/或纳米级别相分离的微结构，该微结构的尺寸为10nm-5μm，相邻的微结构之间的距离小于1μm，微结构和相分离区域的折射率差值不小于0.1，
其中，所述基底以及光学结构均由透明材料制成。
需要说明的是，微结构和相分离区域的折射率差值不小于0.1，越大越好，从而可以使光学结构能在宏观上呈现出颜色且更加稳定。
微结构为金字塔型、倒金字塔型、圆锥型、圆柱型、圆台型、球型、球冠型以及不规则中的任一一种。微结构为规则的型状可以便于微结构的成型。如图1所示，一具体实施例中微结构为球冠型。
微结构可以为形成于基底表面的凸起；当微结构为凸起时，例如图1，相分离区域即为相邻微结构之间的形成的间隙空间。相分离区域的折射率可以理解为位于相分离区域内的空气或其他介质的折射率。微结构的折射率可以理解为构成微结构的材料本身的折射率。
如图2所示，微结构也可以为开设于基底表面的凹槽；当微结构为凹槽时，微结构的折射率可以理解为微结构材料本身的折射率。相分离区域的折射率可以理解为凹槽内的空气或其他介质的的折射率。
微结构还可以部位为凸起，部分为凹槽。根据实际的需求设计微结构的形状以及尺寸。
所述基底以及光学结构均由透明材料制成。即基底和光学结构可以为同一种原料制得，也可以由不同原料制得，如基底和光学结构使用的原料不同，则需要保证两者的折射率光学折射率、机械强度、热学特性的性能相近。优选的，基底和光学结构为同一种原料，便于仿生变色材料的制备。
需要说明的是，仿生变色材料在单独使用时，由于其表面具有光学结构，光学结构使对入射的可见光产生散射、干涉或衍射现象，导致仿生变色材料呈现出不透光的状态即着色态。当仿生溶液浸润仿生变色材料时，即仿生溶液与基底表面的光学结构表面相接触时，足量的仿生溶液可将光学结构中多个微结构之间产生的间隙空间填满，由于仿生溶液的折射率与仿生变色材料的折射率较为接近，两者整体上来说对可见光不再可以区分，因此，原有的散射、干涉或衍射现象消失，最终仿生变色体系呈现出透明的视觉效果。
仿生变色材料在着色态时，呈现出的色彩为结构色，结构色具有不褪色、环保和绚丽的特点，在显示、装饰和防伪领域均具有广阔的应用前景。
光学结构中的微结构可以为周期性有规则地分布在基底的表面(如图7)，也可以是非周期性有规则的分布在基底的表面(如图4)。微结构的底边长度可以为10nm-5μm之间，优选的底边长度在100nm–1μm之间，由于该尺寸与380nm-780nm的可见光波长可比，因此可见光在微结构表面可发生散射、干涉或衍射，不同的微结构形状和大小可产生不同的宏观色彩。当微结构为较大的1μm时，散射现象较为明显，表面有这类微结构的聚合物会呈现出白色并带有轻微彩虹色泽，属于不透明状态。凸起状的微结构与基底接触的面为微结构的接触面，凸起状的微结构的尺寸可以理解为：微结构的接触面上相邻两点之间距离，如图7c所示。当微结构为凹陷的微结构时，微结构的尺寸可以理解为：微结构表面形成的开口边缘上两点连线的长度。
例如微结构的尺寸为100nm时，可以使光学结构在宏观上呈现出蓝色。当微结构的尺寸为500nm尺寸时，可以使光学结构在宏观上呈现出红色，当微结构的尺寸为2μm时，可以使光学结构在宏观上呈现出彩虹色。因此，优选的，微结构的尺寸为1～3μm。光学结构的色彩更加丰富，同时，也便于微结构的加工过程。
透明材料可以PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、 PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PI(聚酰亚胺)、PC(聚碳酸酯)、PMMA(局甲基丙烯酸甲酯)、PVB(聚乙烯醇缩丁醛酯)、PVA(聚乙烯醇)、PE(聚乙烯)中的任一一种。
基底和微结构的原料还包括无机颗粒。无机颗粒可以由SiO2、TiO2、ZrO2以及Al2O3中的任一一种材料制得。无机颗粒主要是起到调节透明聚合物的光学折射率、机械强度、热学特性等性能的作用。
由于仿生变色体系是仿生溶液和仿生变色材料相配合才能实现仿生变色体系的变色过程，为了仿生液体容易从仿生变色材料的表面脱离，加快色彩恢复速度，一具体实施方式中，基底表面以及微结构表面可以涂覆有疏水层或疏油层，疏水层或疏油层采用氟硅烷或氟碳材料制得。氟硅烷或氟碳的材料可以通过表面蒸镀或滴涂在仿生变色材料的表面，并加热固化形成疏水层或疏油层，疏水层或疏油层的具备较低表面能，从而使得仿生液体容易从仿生变色材料的表面脱离。
仿生溶液可以为水、乙醇、异丙醇、正己烷、甘油等透明液体中的至少一种。选用的标准一是要为透明状态，二是要与仿生变色材料的光学折射率相近。
本发明的实施方式还提供了仿生变色材料的制备工艺，包括以下步骤：
S1、制备模板。
在上述过程中，可以通过紫外光刻、3D打印、纳米压印、湿法腐蚀以及干法腐蚀中的任一一种方法对模板表面加工出与仿生变色材料中的微结构相对应的制备槽。
模板需要具有一定硬度的材质，如可以采用蓝宝石、玻璃、金属以及3D 打印高分子材料均可作为制作模板的材料。S2、将用于制备仿生变色材料的原料或其原料的前驱体涂布在模板上，得到中间体。
S2、将用于制备仿生变色材料的原料或其原料的前驱体涂布在模板上，得到中间体。
S3、将中间体进行固化处理后，分离即得到仿生变色材料。
固化处理的具体方式可以为热固化或紫外固化。还可以对固化处理后的中间体表面涂覆一层疏水层或疏油层，是得到的仿生变色材料具备较低表面能，从而使得仿生液体容易从仿生变色材料的表面脱离。
上述仿生变色材料的制备工艺可以称为模板转移法，仿生变色材料还可以采用以下制备工艺制备。
仿生变色材料的原料的溶液或其原料的前驱体涂布在模具内，然后进行固化处理，得到中间产物，通过纳米压印或纳米丝印的方式在中间产物表面加工出微结构，即得到仿生变色材料。
下面将结合具体的实施例详细介绍本发明的仿生变色材料及其制备工艺、仿生变色体系。
实施例1，仿生变色材料的制备流程如图5所示，此处微结构模板直接购买用于太阳能电池的商用制绒硅片，由于其表面具有如图4所示的非周期微结构，其中一个微结构的尺寸如图4中a为3μm，图4中其他微结构的尺寸可以为1μm，适合于用作流程图中所示的微结构模板；将聚二甲基硅氧烷(PDMS) 与固化剂按质量比10:1混合；混合液涂覆于制绒硅片表面，按照图3所示，对其进行热固化，固化温度为100℃，固化时间60min；将固化后的PDMS 剥离，由于PDMS表面富含CH3基团，因此其表面呈现疏水特性，因而无需额外再进行表面处理，直接便得到了仿生变色材料；
具有与制绒硅相反微结构的PDMS仿生材料在干燥状态下对光具有散射作用，因而呈现白色；在表面被50％乙醇、50％去离子水的混合液浸润后， PDMS表面微结构被填充，并且由于乙醇1.36、水1.33的折射率与PDMS材料1.41的折射率差小于0.1，较为接近，光散射消失，材料呈现透明状态。
实施例2，采用商用制绒硅片作为微结构模板，将丙烯酸体系的纳米压印胶旋涂于制绒硅片表面；按照图6所示，采用紫外LED灯对其进行紫外固化，固化时间10min；将固化后的纳米压印胶剥离，将其置于滴有氟硅烷的真空样品皿内，用真空泵抽气，形成负压，氟硅烷挥发后沉积到剥离样品表面，得到具有疏水表面的仿生变色材料；
仿生材料在干燥状态下对光具有散射作用，因而呈现白色；将乙醇滴涂在仿生材料表面，表面微结构被乙醇填充，乙醇折射率为1.36，丙烯酸纳米压印胶固化后的折射率为1.44，两者折射率差小于0.1，较为接近，光散射消失，材料呈现透明状态。
实施例3，采用商用LED图形化蓝宝石衬底作为微结构模板，其表面周期性的微结构如图7所示，微结构间距(两个结构顶端间距)如图7中b所示约为3.0μm，底部直径如图7中c所示约为2.5μm(底部相距约0.5μm)，微结构高度如图7中d所示约为1.5μm。将聚二甲基硅氧烷(PDMS)与固化剂(例如在本实施例中固化剂可以为道康宁博公司的Sylgard184)按质量比10:1混合；混合液涂覆于图形化蓝宝石衬底表面，对其进行热固化，固化温度为150℃，固化时间30min；将固化后的PDMS剥离，得到仿生变色材料；
具有与图形化蓝宝石衬底相反微结构的PDMS仿生材料在干燥状态下对光具有散射作用，因而呈现彩虹色；在表面被70％异丙醇、30％去离子水的混合液浸润后，PDMS表面微结构被填充，并且由于异丙醇1.38、水1.33的折射率与PDMS材料1.41的折射率差小于0.1，较为接近，光散射消失，材料呈现透明状态。
下面将实施例1、2和3中得到的仿生变色体系进行如下的性能测试。
透光率测试：对仿生变色材料以及对应仿生变色体系分别进行透光率测试。得到如下表内的数据。
通过上表中的透光率测试数据可以得知，仿生变色材料单独使用时，镜向透过率(specular transmittance)较低，即高散射状态，表面呈现白色、彩虹色等。当仿生变色材料和仿生溶液相配合时，即仿生溶液浸润至仿生变色材料表面后，其对应的形成的仿生变色体系的透光率高于80％，该数值可以认为仿生变色体系为透明态。
综上所示，仿生变色材料及仿生变色体系，通过基底以及分散于所述基底表面的光学结构，光学结构使对入射的可见光产生散射、干涉或衍射现象，从而使仿生变色材料呈现出着色状态即不透明状态，当仿生溶液与基底表面的光学结构的表面相接触时，由于仿生溶液的折射率与光学结构的折射率较为接近，两者整体上来说对可见光不再可以区分，因此，原有的散射、干涉或衍射现象消失，最终仿生变色体系使呈现出透明的视觉效果，通过控制仿生液体是否与仿生变色材料相接触，便可以使仿生变色体系在着色态和透明态之间切换，达到仿生变色的目的。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种仿生变色材料，其特征在于，包括基底以及分散于所述基底表面的光学结构，所述光学结构包括呈微米和/或纳米级别相分离的微结构，该微结构的尺寸为10nm-5μm，相邻的微结构之间的距离小于1μm，所述微结构和相分离区域的折射率差值不小于所述微结构或相分离区域与空气之间的折射率差值不小于0.1，
其中，所述基底以及光学结构均由透明材料制成。
2.如权利要求1所述的仿生变色材料，其特征在于，所述微结构为金字塔型、倒金字塔型、圆锥型、圆柱型、圆台型、球型、球冠型以及不规则型中的至少一种。
3.如权利要求1所述的仿生变色材料，其特征在于，所述透明材料包括PDMS、PET、PEN、PI、PC、PMMA、PVB、PVA以及PE中的至少一种。
4.如权利要求1所述的仿生变色材料，其特征在于，所述基底和微结构的原料还包括无机颗粒。
5.如权利要求4所述的仿生变色材料，其特征在于，所述无机颗粒由SiO2、TiO2、ZrO2以及Al2O3中的至少一种材料制得。
6.如权利要求1所述的仿生变色材料，其特征在于，所述基底表面以及微结构表面形成有疏水层或疏油层。
7.如权利要求1所述的仿生变色材料，其特征在于，所述疏水层或疏油层由氟硅烷以及氟碳材料中的至少一种制得。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的仿生变色材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
制备模板；
将用于制备仿生变色材料的原料或其原料的前驱体涂布在模板上，得到中间体；以及
将中间体进行固化处理后，分离即得到仿生变色材料。
9.如权利要求8所述的仿生变色材料的制备工艺，其特征在于，制备模板包括：
通过紫外光刻、3D打印、纳米压印、湿法腐蚀以及干法腐蚀中的任一一种方法对模板表面加工出与所述仿生变色材料中的微结构相对应的制备槽。
10.一种仿生变色体系，其特征在于，包括仿生溶液以及如权利要求1～7任一项所述的仿生变色材料，所述仿生溶液与光学结构的折射率差值小于0.1。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117504963A (zh) * | 2023-12-22 | 2024-02-06 | 中国科学院半导体研究所 | 具有液体流动可视化微流道的微流控器件及其制备方法 |
| CN117504963B (zh) * | 2023-12-22 | 2024-07-16 | 中国科学院半导体研究所 | 具有液体流动可视化微流道的微流控器件及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007246907A (ja) * | 2006-03-16 | 2007-09-27 | Dongwoo Fine-Chem Co Ltd | 高硬度ハードコーティングフィルム及びそれを用いた偏光板並びに表示装置 |
| CN101727010A (zh) * | 2009-12-03 | 2010-06-09 | 吉林大学 | 利用多光束干涉光刻技术制备仿生彩色超疏水涂层的方法 |
| CN102282486A (zh) * | 2008-12-15 | 2011-12-14 | 3M创新有限公司 | 包含表面处理物的高折射率无机氧化物纳米粒子、可聚合树脂和制品 |
| CN205562953U (zh) * | 2016-01-28 | 2016-09-07 | 成都锦盛新材科技有限公司 | 一种散射式调光玻璃 |
| CN108241185A (zh) * | 2016-12-26 | 2018-07-03 | 苏州纳邦光电技术有限公司 | 微纳米结构光学元件及其制备方法与应用 |
-
2022
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007246907A (ja) * | 2006-03-16 | 2007-09-27 | Dongwoo Fine-Chem Co Ltd | 高硬度ハードコーティングフィルム及びそれを用いた偏光板並びに表示装置 |
| CN102282486A (zh) * | 2008-12-15 | 2011-12-14 | 3M创新有限公司 | 包含表面处理物的高折射率无机氧化物纳米粒子、可聚合树脂和制品 |
| CN101727010A (zh) * | 2009-12-03 | 2010-06-09 | 吉林大学 | 利用多光束干涉光刻技术制备仿生彩色超疏水涂层的方法 |
| CN205562953U (zh) * | 2016-01-28 | 2016-09-07 | 成都锦盛新材科技有限公司 | 一种散射式调光玻璃 |
| CN108241185A (zh) * | 2016-12-26 | 2018-07-03 | 苏州纳邦光电技术有限公司 | 微纳米结构光学元件及其制备方法与应用 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117504963A (zh) * | 2023-12-22 | 2024-02-06 | 中国科学院半导体研究所 | 具有液体流动可视化微流道的微流控器件及其制备方法 |
| CN117504963B (zh) * | 2023-12-22 | 2024-07-16 | 中国科学院半导体研究所 | 具有液体流动可视化微流道的微流控器件及其制备方法 |
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