KR102180871B1 - Mechanochromic photonic material having vivid structural color, photonic film having the mechanochromic material, and Method for manufacturing the photonic film - Google Patents

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Abstract

A mechanochromic photonic material is disclosed. The mechanochromic photonic material comprises: a photopolymerizable solvent; and colloidal particles having the same diameter and dispersed in the solvent to form a photonic crystal nanostructure, wherein polydopamine nanoparticles are introduced for restraining crystallization of the colloidal particles.

Description

선명한 구조색을 나타내는 역학변색 광학 소재, 이 역학변색 소재를 적용한 광학 필름, 및 이의 제조 방법{Mechanochromic photonic material having vivid structural color, photonic film having the mechanochromic material, and Method for manufacturing the photonic film}Mechanochromic photonic material having vivid structural color, photonic film having the mechanochromic material, and Method for manufacturing the photonic film {Mechanochromic photonic material having vivid structural color, photonic film having the mechanochromic material, and Method for manufacturing the photonic film}

본 발명은 구조색 발색 기술에 관한 것으로, 비접촉형 밀집 배열 사이에 흡광성 나노 입자를 도입함으로써, 선명한 구조색을 구현하는 역학변색 광학 소재 및 이 역학변색 소재를 적용한 광학 필름에 대한 것이다.The present invention relates to a structural color development technology, and by introducing light absorbing nanoparticles between non-contact dense arrays, a dynamic color change optical material that realizes a clear structural color and an optical film to which the dynamic color change material is applied.

역학변색 광학 소재는 일반적으로 비탄성 입자와 탄성 매트릭스로 구성되므로 낮은 굴절률 차이를 갖는다. 따라서 구조색 파장 영역을 제외하고는 파장의 전 범위에서 상대적으로 투명하므로, 배경색에 의해 구조색이 왜곡되기 쉽다. Dynamically discolored optical materials are generally composed of inelastic particles and an elastic matrix, so they have a low refractive index difference. Therefore, since it is relatively transparent in the entire wavelength range except for the structure color wavelength range, the structure color is easily distorted by the background color.

또한, 광학 소재를 구성하는 두 물질의 굴절률 차이가 큰 경우, 빛의 비간섭성 다중 산란이 증가하여 물질을 유백색으로 만들어 구조색의 채도를 현저하게 감소시킨다.In addition, when the refractive index difference between the two materials constituting the optical material is large, non-coherent multiple scattering of light increases, making the material milky, thereby significantly reducing the saturation of the structural color.

따라서 일관된 구조색을 나타내는 역학변색 광학 소재를 구현하기 위해 흡광성 나노 입자를 사용하여 빛의 비간섭성 다중 산란을 감소시킬 필요가 있다. Therefore, it is necessary to reduce non-coherent multiple scattering of light by using light absorbing nanoparticles in order to implement a dynamic color change optical material that exhibits consistent structural color.

1.한국공개특허번호 제10-2011-0104986호1. Korean Patent Publication No. 10-2011-0104986 2.한국등록특허번호 제10-1803550호2. Korean Patent Registration No. 10-1803550

1. 박남규외, "Metallic nano-particles for structural color", 2011년1. Nam-Gyu Park et al., "Metallic nano-particles for structural color", 2011

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 흡광성 나노 입자인 폴리도파민 입자를 콜로이드 입자의 비접촉형 밀집 배열 사이에 도입함으로써 선명한 구조색을 구현하는 선명한 구조색을 나타내는 역학변색 광학 소재 및 이 역학변색 소재를 적용한 광학 필름을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention is to solve the problems caused by the above background technology, and by introducing polydopamine particles, which are light absorbing nanoparticles, between non-contact dense arrays of colloidal particles, a dynamic color change optical material showing a clear structure color that realizes a clear structure color. And it is an object to provide an optical film to which the dynamic discoloration material is applied.

또한, 본 발명은 위장을 위한 소재로 활용하는 역학변색 광학 소재 및 이 역학변색 소재를 적용한 광학 필름을 제공하는 데 다른 목적이 있다. In addition, another object of the present invention is to provide a mechanically discolored optical material used as a material for camouflage and an optical film to which the mechanically discolored material is applied.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 흡광성 나노 입자인 폴리도파민 입자를 콜로이드 입자의 비접촉형 밀집 배열 사이에 도입함으로써 선명한 구조색을 구현하는 선명한 구조색을 나타내는 역학변색 광학 소재를 제공한다.The present invention provides a dynamic color change optical material showing a clear structure color that realizes a clear structure color by introducing polydopamine particles, which are light absorbing nanoparticles, between non-contact dense arrays of colloidal particles in order to achieve the above-mentioned problems.

상기 역학변색 광학 소재는,The mechanical discoloration optical material,

광중합 가능한 용매; 및A photopolymerizable solvent; And

상기 용매에 분산되어 광결정 나노 구조체를 형성하는 동일한 직경을 가지는 콜로이드 입자들;을 포함하는 것을 특징으로 한다. It characterized in that it comprises; colloidal particles having the same diameter dispersed in the solvent to form a photonic crystal nanostructure.

또한, 상기 콜로이드 입자들은 실리카 입자, 폴리스티렌 입자, 폴리메틸 메타아크릴레이트 입자, 산화철 입자, 산화 티타늄 입자, 산화알루미늄 입자 등 구형을 가지는 입자인 것을 특징으로 한다.In addition, the colloidal particles are characterized in that they are spherical particles such as silica particles, polystyrene particles, polymethyl methacrylate particles, iron oxide particles, titanium oxide particles, and aluminum oxide particles.

또한, 효과적인 발색을 위한 상기 폴리 도파민 나노입자의 적절한 도입 농도는 0.278 w/w% 내지 0.565 w/w%인 것을 특징으로 한다.In addition, an appropriate concentration of the poly-dopamine nanoparticles for effective color development is 0.278 w/w% to 0.565 w/w%.

또한, 상기 도입 농도가 증가함에 따라 상기 구조색의 색상 밝기는 감소되는 것을 특징으로 한다.In addition, as the introduction concentration increases, the color brightness of the structure color decreases.

또한, 상기 도입 농도가 증가함에 따라 장범위 규칙성(long range order)이 손실되는 것을 특징으로 한다.In addition, as the introduced concentration increases, long range order is lost.

또한, 상기 장범위 규칙성이 손실됨에 따라 반사율이 감소하는 것을 특징으로 한다.In addition, as the long-range regularity is lost, reflectance is reduced.

또한, 상기 폴리 도파민 나노입자는 상기 콜로이드 입자들의 간극 공극에 위치되는 특징으로 한다.In addition, the poly-dopamine nanoparticles are characterized in that it is located in the interstices of the colloidal particles.

또한, 상기 콜로이드 입자들은 직경의 범위가 100 nm ∼ 500 nm인 것을 특징으로 한다. In addition, the colloidal particles are characterized in that the diameter range of 100 nm to 500 nm.

또한, 상기 광중합 가능한 용매는 연성 고분자 수지로서, Polyethylene glycol phenyl ether acrylate(PEGPEA), Ethylene glycol phenyl ether acrylate (EGPEA), Polydimethylsiloxane diacrylate(PDMS DA), Trimethylolpropane ethoxylate triacrylate (ETPTA), Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), Pentaerythritol triacrylate (PETA), Poly(ethylene glycol) diacrylate(PEGDA)를 포함하는 아크릴레이트기가 있는 고분자 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the photopolymerizable solvent is a flexible polymer resin, polyethylene glycol phenyl ether acrylate (PEGPEA), Ethylene glycol phenyl ether acrylate (EGPEA), Polydimethylsiloxane diacrylate (PDMS DA), Trimethylolpropane ethoxylate triacrylate (ETPTA), Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), It is characterized in that it is at least one of polymers having an acrylate group including pentaerythritol triacrylate (PETA) and poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA).

또한, 상기 콜로이드 입자들의 부피를 전체 부피로 나눈 부피 비율의 범위가 0.2 내지 0.4이고, 상기 전체 부피는 상기 콜로이드 입자들의 부피와 용매의 부피를 합한 것을 특징으로 한다.In addition, the range of the volume ratio obtained by dividing the volume of the colloid particles by the total volume is 0.2 to 0.4, and the total volume is characterized in that the volume of the colloid particles and the volume of the solvent are summed.

다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 광학 필름으로서, 구조색 소재를 통해 표면에 미리 설정되는 패턴이 형성되며, 상기 구조색 소재는, 광중합 가능한 용매; 및 상기 용매에 분산되어 광결정 나노 구조체를 형성하는 동일한 직경을 가지는 콜로이드 입자들;을 포함하는 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 광학 필름을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention is an optical film, in which a predetermined pattern is formed on a surface through a structural color material, and the structural color material includes a photopolymerizable solvent; And colloidal particles having the same diameter dispersed in the solvent to form a photonic crystal nanostructure.

또 다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, (a) 제 1 투명 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 제 1 투명 기판상에 구조색 소재를 침투시켜 미리 설정되는 패턴을 형성하는 단계; (c) 상기 제 1 투명 기판과 일정 간격의 갭을 두고 제 2 투명 기판을 배치하는 단계;를 포함하는 광학 필름의 제조 방법을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention, (a) preparing a first transparent substrate; (b) forming a predetermined pattern by penetrating a structural color material on the first transparent substrate; (c) disposing a second transparent substrate with a gap between the first transparent substrate and a predetermined distance; it provides a method of manufacturing an optical film comprising.

이때, 상기 패턴은 제 1 투명 기판상에 형성되는 것을 특징으로 한다.In this case, the pattern is characterized in that it is formed on the first transparent substrate.

또한, 상기 패턴은 포토 마스크를 통해 조사되어 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the pattern is characterized in that it is formed by irradiation through a photo mask.

또한, 상기 광중합 가능한 용매는 조준된 자외광을 통해 조사되어 위치 선택적으로 중합되는 것을 특징으로 한다.In addition, the photopolymerizable solvent is irradiated through collimated ultraviolet light to selectively polymerize the position.

본 발명에 따르면, 비접촉형 입자 배열 내부에 흡광성 나노 입자를 도입함으로써 구조색의 가시성을 향상시켰을 뿐만 아니라 역학변색 특성도 나타낸다. According to the present invention, the introduction of light absorbing nanoparticles into the non-contact type particle array not only improves the visibility of the structure color, but also exhibits dynamic color change characteristics.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는, 해당 역학변색 광학 소재는 패턴화를 통하여 아군을 위한 위장 분야에 활용될 수 있고, 또한 디스플레이나 의복형 소재, 페인트 조성물 등과 같이 발색이 요구되는 모든 분야에 폭 넓게 응용될 수 있다는 점을 들 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, the dynamic discoloration optical material can be used in camouflage fields for friendly forces through patterning, and is also widely used in all fields requiring color development such as displays, clothing materials, and paint compositions. It can be applied.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는, 기본적으로 역학변색 광학 소재가 잉크 형태이므로 필름 또는 패턴 형식만으로 가공하는 것에만 국한되지 않으며, 연속적인 롤 투 롤 방식 혹은 슬롯 코팅 방식에 적용될 수 있기 때문에 실제 장비나 제품에 대한 적용 가능성이 높다는 점을 들 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, since the mechanically discolored optical material is basically in the form of ink, it is not limited to processing only in the form of film or pattern, and it can be applied to a continuous roll-to-roll method or a slot coating method. B. The possibility of application to the product is high.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는, 미세 유체 소자를 이용하거나 분사 방식을 적용하여 입자나 섬유 형태로도 쉽게 가공될 수 있고, 이를 통해 제조된 입자 및 섬유 형태의 역학 변색 광학 소재는 국부적인 변형이나 응력의 측정 또는 3차원적 구조체 및/또는 직물과 같은 2차 구조 구축을 위한 단위체로도 사용될 수 있다는 점을 들 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, it can be easily processed in the form of particles or fibers by using a microfluidic device or by applying a spraying method, and the mechanically discolored optical material in the form of particles and fibers manufactured through it is locally modified. However, it may be used as a unit for measuring stress or constructing a secondary structure such as a three-dimensional structure and/or fabric.

도 1은 일반적인 따른 역학변색 소재를 위한 콜로이드 입자의 결정질 어레이의 개념도이다.
도 2는 도 1에 따른 실제 SEM(Scanning Electron Microscopy) 이미지이다.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 역학변색 소재를 위한 콜로이드 입자의 결정질 어레이의 개념도이다.
도 4는 도 3에 따른 실제 SEM(Scanning Electron Microscopy) 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 반사 스펙트럼 및 OM(photonic Microscopy) 이미지이다.
도 6은 도 1에 도시된 폴리도파민 나노입자의 도입 농도(CPDA)의 변화에 따른 광학 필름의 일련의 OM 이미지이다.
도 7은 도 6에 따른 반사율 및 투과율 스펙트럼 그래프이다.
도 8은 도 6에 따른 배경별 일련의 광학 필름 이미지이다.
도 9는 도 6에 따른 도입 농도(CPDA)에 따른 백색 배경 상에서 색상 채도의 증가를 보여주는 색도 플롯(chromaticity plot)이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 폴리도파민 나노 입자가 없는 광학 필름 및 폴리도파민 나노 입자가 있는 광학 필름의 스트레칭 유도 컬러(stretching-induced color)의 변화를 보여주는 일련의 이미지이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 다양한 변형율(strain)에 대한 폴리도파민 나노입자가 로딩된 광학 필름의 일련의 반사율 스펙트럼이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 스트레칭 상태(stretched state)와 릴렉싱 상태(relaxed state) 사이의 반사율 피크 위치의 가역적 시프트(reversible shift)를 보여주는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 역학변색 소재를 적용한 광학 필름(photonic film)을 제조하는 공정을 보여주는 공정도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 확장 변형율(extensional strain)의 변화에 대해 카멜레온 패턴의 가역 컬러 변경을 보여주는 일련의 이미지들이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 릴렉싱 상태와 스트레칭 상태에서 얼룩말 유사 패턴의 이미지들이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 반사도 및 흡수도를 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 입사광 방향 및 여러 각도에 일련의 광필름 이미지를 보여주는 도면이다.1 is a conceptual diagram of a crystalline array of colloidal particles for a general dynamic color change material.
2 is an actual SEM (Scanning Electron Microscopy) image according to FIG. 1.
3 is a conceptual diagram of a crystalline array of colloidal particles for a dynamic discoloration material according to another embodiment of the present invention.
4 is an actual SEM (Scanning Electron Microscopy) image according to FIG. 3.
5 is a reflection spectrum and a photonic microscopy (OM) image according to an embodiment of the present invention.
6 is a series of OM images of an optical film according to a change in the introduction concentration (C PDA ) of the polydopamine nanoparticles shown in FIG. 1.
7 is a graph of reflectance and transmittance spectrum according to FIG. 6.
8 is a series of optical film images for each background according to FIG. 6.
9 is a chromaticity plot showing an increase in color saturation on a white background according to the introduction concentration (C PDA ) according to FIG. 6.
FIG. 10 is a series of images showing changes in stretching-induced color of an optical film without polydopamine nanoparticles and an optical film with polydopamine nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
11 is a series of reflectance spectra of an optical film loaded with polydopamine nanoparticles for various strains according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing a reversible shift of a reflectance peak position between a stretched state and a relaxed state according to an embodiment of the present invention.
13 is a process diagram showing a process of manufacturing an optical film to which a dynamic color change material is applied according to an embodiment of the present invention.
14 is a series of images showing a reversible color change of a chameleon pattern with respect to a change in an extension strain according to an embodiment of the present invention.
15 are images of a zebra-like pattern in a relaxing state and a stretching state according to an embodiment of the present invention.
16 is a graph showing reflectivity and absorption according to an embodiment of the present invention.
17 is a view showing a series of optical film images in a direction of incident light and at various angles according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the embodiments of the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.In the drawings, the thicknesses are enlarged to clearly express various layers and regions. The same reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification. When a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where the other part is "directly above", but also the case where there is another part in between. Conversely, when one part is "directly above" another part, it means that there is no other part in the middle. In addition, when a part is "overall" formed on another part, it means that it is formed not only on the entire surface (or the entire surface) of the other part, but also not formed on a part of the edge.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에는 선명한 구조색을 나타내는 역학변색 광학 소재, 이 역학변색 소재를 적용한 광학 필름, 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, in one embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings, a mechanically discolored optical material exhibiting a clear structural color, an optical film to which the mechanically discolored material is applied, and a method of manufacturing the same will be described in detail.

도 1은 일반적인 역학변색 소재를 위한 콜로이드 입자의 결정질 어레이(100)의 개념도이다. 도 1을 참조하면, 콜로이드 입자의 결정질 어레이(100)에서 콜로이드 입자(silica particle)(120)들이 중합체 매트릭스(130)에 임베딩 배열된다. 이 콜로이드 입자(120)의 직경(d)은 194nm이다. 광중합 가능한 용매에 콜로이드 입자들(120)을 분산시키면, 콜로이드 입자들(120) 간의 자발적인 반발력으로 인해 비교적 규칙적인 나노 구조가 형성된다. 여기서, 나노 구조는 2개 이상의 입자들이 결합되어 있는 구조를 말한다. 또한, 광중합 가능한 용매에 콜로이드 입자들(120)을 분산시키면, 콜로이드 입자들(120) 간의 자발적인 반발력으로 인해 비교적 규칙적인 나노 구조가 형성된다.1 is a conceptual diagram of a crystalline array 100 of colloidal particles for a general dynamic color change material. Referring to FIG. 1, colloid particles 120 are embedded in a polymer matrix 130 in a crystalline array 100 of colloid particles. The diameter (d) of the colloidal particles 120 is 194 nm. When the colloidal particles 120 are dispersed in a photopolymerizable solvent, a relatively regular nanostructure is formed due to spontaneous repulsion between the colloidal particles 120. Here, the nanostructure refers to a structure in which two or more particles are bonded. In addition, when the colloidal particles 120 are dispersed in a solvent capable of photopolymerization, a relatively regular nanostructure is formed due to spontaneous repulsion between the colloidal particles 120.

poly(ethylene glycol) phenyl ether acrylate(PEGPEA) 등과 같은 광중합 가능한 고분자 수지(즉 용매)에 분산된 콜로이드 입자들(120)은 가장자리의 표면상(즉 측면 둘레)에 용매화 층(solvation layer)(140)을 갖는다. The colloidal particles 120 dispersed in a photopolymerizable polymer resin (ie, a solvent) such as poly(ethylene glycol) phenyl ether acrylate (PEGPEA), etc., are formed on the surface of the edge (that is, the circumference of the side) and a solvation layer 140 ).

이 용매화 층(140)은 짧은 거리에서 반발성을 갖게 한다. 동시에, 단분산 콜로이드 입자들은 고농도에서 전영역에 걸쳐서 규칙적으로 배열하는 장범위 규칙성(long range order)을 갖는 비접촉형 밀집 결정체 배열(non close-packed crystalline array) 구조를 형성한다. This solvation layer 140 has repellency over a short distance. At the same time, monodisperse colloidal particles form a non-close-packed crystalline array structure with a long range order regularly arranged over the entire region at high concentration.

또한, 동일 크기의 콜로이드 입자들(120)이 고분자 수지에 분산됨으로써, 결정화(crystallization)가 촉진될 수 있다.In addition, colloidal particles 120 of the same size are dispersed in the polymer resin, so that crystallization may be promoted.

여기서, 광중합 가능한 용매는 연성 고분자 수지로서, Polyethylene glycol phenyl ether acrylate(PEGPEA), Ethylene glycol phenyl ether acrylate (EGPEA), Polydimethylsiloxane diacrylate(PDMS DA) 등을 포함할 뿐만 아니라, Trimethylolpropane ethoxylate triacrylate (ETPTA), Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), Pentaerythritol triacrylate (PETA), Poly(ethylene glycol) diacrylate(PEGDA) 등 아크릴레이트기가 있는 다양한 고분자를 포함할 수 있다.Here, the photopolymerizable solvent is a flexible polymer resin, including polyethylene glycol phenyl ether acrylate (PEGPEA), ethylene glycol phenyl ether acrylate (EGPEA), and polydimethylsiloxane diacrylate (PDMS DA), as well as Trimethylolpropane ethoxylate triacrylate (ETPTA), Trimethylolpropane Various polymers having an acrylate group, such as triacrylate (TMPTA), Pentaerythritol triacrylate (PETA), and Poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA), may be included.

콜로이드 입자(120)는 콜로이드 실리카 입자가 된다. 물론, 실리카 외에도 폴리스티렌 입자, 폴리메틸 메타아크릴레이트 입자, 산화철 입자, 산화 티타늄 입자, 산화알루미늄 입자 등 구형을 가지는 입자를 들 수 있다.The colloidal particles 120 become colloidal silica particles. Of course, besides silica Particles having a spherical shape such as polystyrene particles, polymethyl methacrylate particles, iron oxide particles, titanium oxide particles, and aluminum oxide particles may be mentioned.

일반적으로, 장거리 또는 단거리 범위의 콜로이드 어레이(즉, 배열)는 가시 광선 범위의 빛을 보강 간섭을 통해 구조색을 나타낸다. 입자 간 거리와 굴절률에 의해 간섭의 파장이 결정되므로 다양한 색상이 가능하다. 또한, 콜로이드 어레이는 외부 자극에 따라 구조색의 동적 변화를 제공하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 탄성 매트릭스에 임베이딩된 비접촉형 밀집(non-close-packed) 콜로이드 어레이는 합성물이 스트레칭되고 릴렉싱(relaxed)될 때, 가역적인 색 변화를 보이고, 접촉형 밀집 콜로이드 어레이는 색 변화와 히스테리시스의 제한된 범위를 보여준다. In general, a colloidal array (ie, an array) in a long or short range exhibits structural color through constructive interference of light in the visible range. Since the wavelength of interference is determined by the distance between particles and the refractive index, various colors are possible. In addition, the colloidal array can be designed to provide a dynamic change in structure color according to external stimuli. For example, a non-close-packed colloidal array embedded in an elastic matrix exhibits a reversible color change when the composite is stretched and relaxed, whereas a contact-type dense colloidal array changes color. And a limited range of hysteresis.

또한, 기계적 변형은 입자 간 거리의 변화를 일으킴으로써 구조색의 변화를 야기한다. 이러한 역학변색(mechanochromic) 특성은 변형 맵핑(strain mapping), 응력 감지(stress sensing), 가변 광 디바이스, 위조 방지 및 위장 등의 다양한 응용 분야에 잠재적으로 유용하다. 그러나 역학변색 광 재료는 일반적으로 비탄성 입자와 탄성 매트릭스로 구성되며, 낮은 굴절률 대비를 갖는다. 따라서, 공진 파장을 제외하고는 재료가 상대적으로 투명해지기 때문에 때로는 배경색에 압도당하는 구조색을 만든다. 대조적으로, 굴절률 대비가 클 때, 비 간섭성 다중 산란은 물질을 유백색으로 만들어 색채의 채도를 감소시킨다.In addition, mechanical deformation causes a change in the distance between particles, thereby causing a change in structural color. These mechanochromic properties are potentially useful in a variety of applications such as strain mapping, stress sensing, variable optical devices, anti-counterfeiting and camouflage. However, mechanically discolored optical materials are generally composed of inelastic particles and an elastic matrix, and have a low refractive index contrast. Therefore, except for the resonance wavelength, the material becomes relatively transparent, creating a structural color that is sometimes overwhelmed by the background color. In contrast, when the refractive index contrast is high, non-coherent multiple scattering makes the material milky, reducing the color saturation.

구조색의 포화를 향상시키는 경로로서, 광 흡수 물질이 콜로이드 어레이를 구성하기 위해 사용된다. 예를 들어, 다황화계 입자, 폴리 도파민 입자, 산화구리 입자 및 멜라닌 껍질 입자와 같은 광 흡수 물질로 만들어진 콜로이드 입자는 분산되어 콜로이드 배열을 형성한다. 대안적인 방법으로, 탄소 나노 튜브, 그래핀 나노 시트, 금, 은, 및 티타늄 나노 입자와 같은 광 흡수성 나노 입자를 유전체 콜로이드 어레이의 틈새에 결합시킨 것이다. As a path to improve the saturation of the structural color, a light absorbing material is used to construct the colloidal array. For example, colloidal particles made of light absorbing materials such as polysulfide particles, polydopamine particles, copper oxide particles, and melanin shell particles are dispersed to form a colloidal arrangement. In an alternative method, light absorbing nanoparticles such as carbon nanotubes, graphene nanosheets, gold, silver, and titanium nanoparticles are bonded to the gaps in the dielectric colloid array.

이 두 가지 접근법은 빛의 비간섭성 산란(incoherent scattering)을 억제함으로써, 접촉형 밀집(close-packed) 콜로이드 어레이에서 색상 채도를 향상시킨다. 그러나, 역학변색 재료의 생산에 이러한 접근법을 직접 사용하는 것은 어렵다. 첫 번째 접근법에서, 엘라스토머 - 형성 매질에 분산된 광 - 흡수 콜로이드는 비접촉형 밀집(non-close-packed) 콜로이드 어레이를 제조하기 위해 반발 입자간 전위를 가져야한다. 두 번째 접근법에서, 광 흡수 첨가제는 콜로이드 질서의 완전한 손실을 피하기 위해 엘라스토머 - 형성 매질에서 높은 분산 안정성을 가져야한다.These two approaches improve color saturation in contact-type close-packed colloidal arrays by suppressing incoherent scattering of light. However, it is difficult to use this approach directly in the production of dynamic discoloration materials. In the first approach, the elastomeric-light-absorbing colloid dispersed in the forming medium must have a repelling interparticle potential to produce a non-close-packed colloidal array. In the second approach, the light absorbing additive should have a high dispersion stability in the elastomer-forming medium to avoid complete loss of colloidal order.

도 2는 도 1에 따른 실제 SEM(Scanning Electron Microscopy) 이미지이다. 도 2를 참조하면, 백색 배경의 광학 필름의 현미경 사진이다. 2 is an actual SEM (Scanning Electron Microscopy) image according to FIG. 1. 2, it is a micrograph of an optical film with a white background.

도 1 및 도 2를 참조하면, 비접촉형 밀집(non-close-packed) 콜로이드 어레이를 구성하기 위해 평균 직경이 d = 194 nm인 단 분산 콜로이드 입자(120)가 중합체 매트릭스(130)에 분산되어있다. 콜로이드 입자 표면의 실라놀기(silanol)가 중합체 매트릭스(130)인 PEGPEA의 아크릴레이트기와 수소 결합을 형성함에 따라 콜로이드 입자의 표면에 조밀한 용매화 층(140)이 형성되어 짧은 분리 시 입자 간 반발을 일으킨다. 따라서, 콜로이드 입자(120)는 부피 분율이 임계값보다 높을 때 자발적으로 콜로이드 결정을 형성하여도 도 1에 도시 된 바와 같이 용매화 층(140)이 중첩된다. 1 and 2, monodisperse colloid particles 120 having an average diameter of d = 194 nm are dispersed in a polymer matrix 130 in order to construct a non-close-packed colloid array. . As the silanol group on the surface of the colloidal particle forms hydrogen bonds with the acrylate group of PEGPEA, which is the polymer matrix 130, a dense solvation layer 140 is formed on the surface of the colloidal particle to prevent repulsion between particles during short separation. Raises. Accordingly, even if the colloidal particles 120 spontaneously form colloidal crystals when the volume fraction is higher than the threshold value, the solvation layer 140 overlaps as shown in FIG. 1.

이러한 용매화 층(140)은 대략 37nm의 두께이고, 임계 부피 분율은 d = 194nm에 대해 0.285라는 것이 밝혀졌다. 콜로이드 입자(120)의 부피 분율을 φ = 0.33으로 설정하면 실리카 입자는 도 2와 같이 결정성 어레이를 형성한다. 도 2의 삽입 도면에 나타난 것처럼 결정격자에 의한 파장 선택적 회절의 결과로 표면에서 붉은 색을 띠게 된다. 광학 필름은 2 개의 유리 슬라이드인 투명기판 사이의 약 50㎛두께의 갭에 분산액을 침투시키고 UV를 조사함으로써 제조될 수 있다It has been found that this solvation layer 140 is approximately 37 nm thick and the critical volume fraction is 0.285 for d = 194 nm. When the volume fraction of the colloidal particles 120 is set to φ = 0.33, the silica particles form a crystalline array as shown in FIG. 2. As shown in the inset of FIG. 2, the surface becomes red as a result of wavelength selective diffraction by the crystal lattice. The optical film can be prepared by permeating the dispersion into a gap of about 50 μm thick between two glass slides, a transparent substrate, and irradiating UV.

도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 역학변색 소재를 위한 콜로이드 입자의 결정질 어레이(200)의 개념도이다. 도 3을 참조하면, 콜로이드 입자의 결정질 어레이(200)에서 콜로이드 입자(silica particle)(120)들이 중합체 매트릭스(130)에 임베딩 배열된다. 3 is a conceptual diagram of a crystalline array 200 of colloidal particles for a dynamic color change material according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, in the crystalline array 200 of colloidal particles, colloidal particles 120 are embedded in a polymer matrix 130.

콜로이드 입자(즉, 실리카 졸)의 제조를 위한 여러 가지 소재는 사염화규소, 에틸실리케이트(ethylsilicate), 물유리, 미분 실리카 등을 들 수 있다. 또한, 콜로이드 입자는 이에 한정되는 것은 아니며, 스틸렌, 폴리 스틸렌, 폴리 메타 메틸아크릴레이트 입자, 산화 티타늄 입자, 산화철 입자 등과 같은 다양한 구형 입자 등이 될 수 있다. 또한, 콜로이드 입자는 다양한 종류의 구형 입자로서 직경의 범위는 100nm ~ 500nm이가 될 수 있다.Various materials for the preparation of colloidal particles (ie, silica sol) include silicon tetrachloride, ethylsilicate, water glass, and finely divided silica. In addition, the colloidal particles are not limited thereto, and may be various spherical particles such as styrene, polystyrene, polymethmethylacrylate particles, titanium oxide particles, iron oxide particles, and the like. In addition, colloidal particles are various types of spherical particles and may have a diameter ranging from 100 nm to 500 nm.

콜로이드 입자(120)는 중합될 때 탄성 매트릭스를 형성하는 광중합성 단량체에 동시에 존재하며, 전체 부피 대비 33% 수준으로 분산되어 있다. 광중합성 단량체로는 아크릴레이트(acrylate), 다이크릴레이트(diacrylate), 에폭시(epoxy), 폴리이미드(polymide) 등을 들 수 있다.The colloidal particles 120 are simultaneously present in the photopolymerizable monomer forming an elastic matrix when polymerized, and are dispersed at a level of 33% of the total volume. Examples of the photopolymerizable monomer include acrylate, diacrylate, epoxy, and polymide.

콜로이드 입자들(120)은 입자 표면에 형성되어 있는 용매화층(140)으로 인해 서로 반발하며, 단분산 콜로이드 실리카의 경우 약 0.74 보다 낮은 부피 비율에서 결정 구조를 이룬다. 여기서, 부피 비율 = 실리카 입자의 부피/전체 부피 (고분자 매질의 부피+실리카 입자들의 부피)이라고 정의할 수 있다. 부피 비율의 범위가 0.2-0.4 수준에서 결정 구조를 이룬다.The colloidal particles 120 repel each other due to the solvation layer 140 formed on the surface of the particles, and monodisperse colloidal silica forms a crystal structure at a volume ratio lower than about 0.74. Here, it can be defined as volume ratio = volume of silica particles/total volume (volume of polymer medium + volume of silica particles). A crystal structure is formed in the range of the volume ratio of 0.2-0.4.

비접촉형 밀집(non-close-packed) 콜로이드 어레이를 형성하기 위해, 콜로이드 입자(120)는 광중합을 통해 엘라스토머를 형성하는 폴리에틸렌 글리콜 페닐 에테르 아크릴 레이트(PEGPEA)의 광경화성 수지에 분산된다. 광 흡수 첨가제로 폴리 도파민 나노 입자(210)가 추가로 광경화성 수지에 분산된다. To form a non-close-packed colloidal array, the colloidal particles 120 are dispersed in a photocurable resin of polyethylene glycol phenyl ether acrylate (PEGPEA) to form an elastomer through photopolymerization. As a light absorbing additive, poly-dopamine nanoparticles 210 are further dispersed in a photocurable resin.

자연적으로 멜라닌 과립은 3,4-dihydroxyphenylalanine(DOPA)의 효소 반응의 생합성 경로에 의해 생성된다. 멜라닌은 유해한 자외선(UV)뿐만 아니라 가시 광선을 강하게 흡수하여 살아있는 유기체를 보호한다. 이러한 멜라닌 유사 폴리 도파민 나노 입자는 천연 멜라닌의 대안으로 인위적으로 합성된다. 폴리 도파민 나노 입자는 효율적인 광 흡수제이기도하며, 표면 코팅, 광열 등의 다양한 응용 분야에 유용하다. 최근에 고도로 단분산된 폴리 도파민 입자가 합성되어 콜로이드 배열을 형성하여 뚜렷한 구조색을 나타낸다.Naturally, melanin granules are produced by the biosynthetic pathway of the enzymatic reaction of 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA). Melanin protects living organisms by strongly absorbing visible light as well as harmful ultraviolet (UV) light. These melanin-like poly-dopamine nanoparticles are artificially synthesized as an alternative to natural melanin. Poly-dopamine nanoparticles are also effective light absorbers, and are useful in various applications such as surface coating and light heat. Recently, highly monodisperse poly-dopamine particles have been synthesized to form a colloidal arrangement, showing a distinct structural color.

콜로이드 입자(120)는 용매화 층(140)에 의해 야기된 반발 입자간 전위로 인해 자연적으로 비접촉형 밀집(non-close-packed) 콜로이드 어레이를 형성하는 반면, 폴리 도파민 나노 입자는 콜로이드 어레이의 중간 영역에 저농도로 분산된다. 폴리 도파민 나노 입자의 도입 농도가 0 w/w%에서 1.173 w/w%로 증가함에 따라 용질 층이없는 폴리 도파민 나노 입자는 실리카 입자의 결정화를 억제하기 때문에 실리카 입자의 결정성 순서는 점차적으로 손실된다. The colloidal particles 120 naturally form a non-close-packed colloidal array due to the repulsive interparticle potential caused by the solvation layer 140, whereas the poly-dopamine nanoparticles are in the middle of the colloidal array. It is dispersed at a low concentration in the area. As the introduction concentration of poly-dopamine nanoparticles increases from 0 w/w% to 1.173 w/w%, poly-dopamine nanoparticles without a solute layer inhibit crystallization of silica particles, so the crystallinity order of silica particles gradually loses. do.

그럼에도 불구하고, 콜로이드 입자(120)는 부분 범위뿐만 아니라 장범위 규칙성(long range order)을 부분적으로 유지하고 PEGPEA의 광중합에 의해 얻어진 광학 필름은 뚜렷한 구조색을 나타낸다.Nevertheless, the colloidal particles 120 partially maintain a long range order as well as a partial range, and an optical film obtained by photopolymerization of PEGPEA exhibits a distinct structural color.

또한, 콜로이드 입자(120)가 비접촉형 밀집(non-close-packed) 콜로이드 어레이를 형성함에 따라, 광학 필름은 스트레이칭 및 릴렉싱시 동적인 색상 변화를 나타낸다. 폴리 도파민 나노 입자(210)는 비간섭성 산란을 감소시키고 필름을 불투명하게 만들어 광학 필름이 배경에 관계없이 일정한 역학변색 성질을 나타내도록 한다. 필름이 고도로 스트레칭되면, 짙은 브라운 색상의 폴리 도파민이 개시된다. 역학변색 구조는 포토 리소그래피에 의해 임의의 그래픽을 갖도록 패터닝될 수 있다. 패턴은 동적으로 색상을 조정할 수 있으며 스트레칭과 릴렉싱을 통해 숨길 수 있다. 이 가역적 변경은 위조 방지 또는 군사 위장에 매력적이다.In addition, as the colloidal particles 120 form a non-close-packed colloidal array, the optical film exhibits a dynamic color change during stretching and relaxing. Poly-dopamine nanoparticles 210 reduce non-coherent scattering and make the film opaque so that the optical film exhibits a constant dynamic color change regardless of the background. When the film is highly stretched, a dark brown colored poly-dopamine is initiated. Mechanochromic structures can be patterned to have arbitrary graphics by photolithography. Patterns can be dynamically adjusted in color and hidden by stretching and relaxing. This reversible change is attractive for anti-counterfeiting or military camouflage.

도 4는 도 3에 따른 실제 SEM(Scanning Electron Microscopy) 이미지이다. 도 4를 참조하면, 이 콜로이드 입자(120)의 직경(d)은 100nm이고, 폴리 도파민 나노 입자(210)의 도입 농도(CPDA)는 0.865 w/w%가 될 수 있다. 이때, 장범위 규칙성(long range order)을 부분적으로 손실된다. 4 is an actual SEM (Scanning Electron Microscopy) image according to FIG. 3. Referring to FIG. 4, the diameter (d) of the colloidal particles 120 may be 100 nm, and the introduction concentration (C PDA ) of the poly-dopamine nanoparticles 210 may be 0.865 w/w%. At this time, long range order is partially lost.

부연하면, 폴리 도파민 나노 입자(210)를 PEGPEA의 엘라스토머 - 형성 수지 내에 실리카 입자로 구성된 비접촉형 밀집(non-close-packed) 콜로이드 어레이에 첨가제로서 혼입한다. 폴리 도파민 나노 입자는 효율적인 광 흡수제이기 때문에, 비 간섭성 산란이 현저하게 감소될 수 있다. 또한, 실리카 입자의 구조적 순서를 유지하면서 소량으로 투명도가 낮아질 수 있다. 폴리 도파민 나노 입자는 염산 도파민의 산화 중합에 의해 합성된다. 실험에서 사용된 폴리 도파민 나노 입자는 평균 직경이 100nm이며, 가시 광선 영역 전체에 강한 흡수를 나타낸다.In other words, poly-dopamine nanoparticles 210 are incorporated as an additive into a non-close-packed colloidal array composed of silica particles in an elastomer-forming resin of PEGPEA. Since poly-dopamine nanoparticles are efficient light absorbers, non-coherent scattering can be significantly reduced. In addition, a small amount of transparency may be lowered while maintaining the structural order of the silica particles. Poly-dopamine nanoparticles are synthesized by oxidative polymerization of dopamine hydrochloride. The poly-dopamine nanoparticles used in the experiment have an average diameter of 100 nm and show strong absorption in the entire visible light region.

도 3 및 도 4를 참조하면, 분산액에 폴리 도파민 나노 입자를 첨가하면 폴리 도파민 입자(210)는 도 3에 도시된 바와 같이 용매화 층(140)을 갖지 않고 콜로이드 입자(120)와 다른 직경을 갖기 때문에 콜로이드 입자의 콜로이드 결정화가 억제된다. 3 and 4, when poly-dopamine nanoparticles are added to the dispersion, the poly-dopamine particles 210 are as shown in FIG. Since it does not have the solvation layer 140 and has a different diameter than the colloidal particles 120, colloidal crystallization of the colloidal particles is suppressed.

폴리 도파민 나노 입자(210)는 콜로이드 입자들(120)의 간극 공극에 위치할 것으로 예상된다. 폴리 도파민 나노 입자(210)의 중량 분율이 CPDA = 0.865 w/w%로 작으면, 콜로이드 입자(120)의 장범위 규칙성(long range order)은 도 4에 도시된 바와 같이 부분적으로 손실된다. 그럼에도 불구하고, 이 광학 필름은 붉은 색을 띠고 있다. 흥미롭게도 이 덜 규칙적인 구조는 도 2의 삽입 도면에 있는 결정 구조와 비교할 때 흰색 배경의 높은 채도를 보여준다. The poly-dopamine nanoparticles 210 are expected to be located in the gaps of the colloidal particles 120. If the weight fraction of the poly-dopamine nanoparticles 210 is small as C PDA = 0.865 w/w%, the long range order of the colloidal particles 120 is partially lost as shown in FIG. 4. . Nevertheless, this optical film has a red color. Interestingly, this less regular structure shows a high saturation of the white background when compared to the crystal structure in the inset of FIG. 2.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 반사 스펙트럼 및 OM(photonic Microscopy) 이미지이다. 도 5를 참조하면, 같은 조건에서 두 장의 사진을 촬영한다. 흰색 배경에서 직경이 각각 d = 135nm 및 177nm인 콜로이드 입자 및 CPDA = 0 및 0.865 w/w%인 폴리 도파민 나노 입자가 도핑된 청색 및 녹색 필름에 대해 보다 현저한 구조색이 관찰된다. 이는 폴리 도파민 나노 입자가 가시 광선을 흡수하고 흰색 배경에서의 반사를 감소시키기 때문이다. 폴리 도파민 나노 입자가 없는 필름에서, 흰색 배경으로부터의 가시광의 반사는 구조적 공진에 의한 반사와 비교하여 무시할 수 있는 정도가 아니며, 채도가 낮아진다.5 is a reflection spectrum and a photonic microscopy (OM) image according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, two pictures are taken under the same conditions. On a white background, more remarkable structural colors are observed for the blue and green films doped with colloidal particles with diameters d = 135 nm and 177 nm, respectively, and poly-dopamine nanoparticles with C PDA = 0 and 0.865 w/w%. This is because poly-dopamine nanoparticles absorb visible light and reduce reflection on a white background. In a film without poly-dopamine nanoparticles, the reflection of visible light from a white background is not negligible compared to reflection due to structural resonance, and the saturation is lowered.

실제로, 폴리 도파민 나노 입자를 함유한 광자 필름은 도 5에 도시 된 바와 같이, 정상 입사 광선을 갖는 거울 반사를 위한 폴리 도파민 나노 입자 없는(nano particle-free) 광학 필름보다 공명 파장 및 훨씬 넓은 피크에서 훨씬 낮은 반사율을 나타낸다. 따라서, 색상의 밝기는 도면에 도시된 것처럼 광학 현미경으로 관찰할 때 훨씬 낮게 된다. In fact, the photonic film containing poly-dopamine nanoparticles, as shown in FIG. 5, at a resonant wavelength and a much wider peak than that of a poly-dopamine nanoparticle-free optical film for specular reflection with normal incident rays. It has a much lower reflectance. Therefore, the brightness of the color becomes much lower when observed with an optical microscope as shown in the figure.

이미지는 동일한 조건에서 촬영된 것이다. 이들은 폴리 도파민 나노 입자의 존재하에서 장범위 규칙성(long range order)의 감소로 인해 야기된다. 폴리 도파민(polydopamine) 나노 입자가 가시 광선을 흡수하기 때문에 도 5에서 polydopamine 나노 입자가 포함된 광막에서 오프-공진(off-resonant) 파장에서의 반사가 또한 낮아진다는 것이 주목할 만하다. 오프 - 공진 파장에서의 반사의 감소는 휘도를 감소시키면서 채도를 증가시킨다.The image was taken under the same conditions. These are caused by a decrease in long range order in the presence of poly-dopamine nanoparticles. It is noteworthy that since the polydopamine nanoparticles absorb visible light, the reflection at off-resonant wavelengths in the photofilm including the polydopamine nanoparticles in FIG. 5 is also lowered. Off-reduction of reflection at the resonant wavelength increases saturation while decreasing luminance.

폴리 도파민 나노 입자를 함유한 광학 필름의 공명 파장 λmax는 콜로이드 입자의 배열이 다르긴 하지만 폴리 도파민이 없는 필름의 공명 파장 λmax와 거의 동일하다. φ = 0.33에서 d = 135nm, 177nm 및 194nm에 대해 λmax = 428nm, 559nm 및 611nm이다. 여기서, φ는 실리카 입자의 부피 분율로 실리카 입자 부피(ml)/전체 부피(ml)로 정의되며, 전체 부피(ml)는 "고분자 수지의 부피(ml) + 실리카 입자 부피(ml)"가 된다. 이 λmax의 직경 의존성은 비접촉형 밀집 면심 입방격자(fcc:face-centered cubic) 격자의 (111) 평면에 대한 브래그 회절 방정식과 대략 일치한다.The resonance wavelength λ max of the optical film containing poly-dopamine nanoparticles is almost the same as the resonance wavelength λ max of the film without poly-dopamine although the colloidal particle arrangement is different. λ max = 428 nm, 559 nm and 611 nm for d = 135 nm, 177 nm and 194 nm at φ = 0.33. Here, φ is the volume fraction of silica particles and is defined as silica particle volume (ml)/total volume (ml), and total volume (ml) is "volume of polymer resin (ml) + silica particle volume (ml)" . The diameter dependence of this λ max is roughly in agreement with the Bragg diffraction equation for the (111) plane of a non-contact dense face-centered cubic (fcc) grating.

Figure 112019060038337-pat00001
Figure 112019060038337-pat00001

여기서, d111은 φ와 d의 영향을 받는 두 개의 인접한 (111)면 사이의 거리이고, neff는 콜로이드 입자(120)와 중합체 매트릭스(130)의 굴절률인 Maxwell-Garnet 평균, nsilica 및 nPEGPEA로 근사화된 복합 재료의 유효 굴절률입니다. d = 135, 177nm 및 194nm에 대해 λ111 = 429nm, 562nm 및 616nm. 따라서, 위 수학식은 φ와 d의 값으로부터 폴리 도파민 나노 입자가 충진 된 광자 필름의 피크 위치를 추정하는데 사용될 수 있다.Here, d 111 is the distance between two adjacent (111) planes affected by φ and d, and n eff is the Maxwell-Garnet average, n silica and n, which is the refractive index of the colloid particles 120 and the polymer matrix 130 The effective refractive index of the composite material, approximated by PEGPEA . λ 111 = 429 nm, 562 nm and 616 nm for d = 135, 177 nm and 194 nm. Therefore, the above equation can be used to estimate the peak position of the photon film filled with poly-dopamine nanoparticles from the values of φ and d.

도 6은 도 1에 도시된 폴리도파민 나노입자의 도입 농도(CPDA)의 변화에 따른 광학 필름의 일련의 OM 이미지이다. 도 6을 참조하면, 폴리 도파민 나노 입자는 채도의 향상 및/또는 일관된 색상의 유지에 긍정적 효과를 가지지만, 한편으로 색상의 밝기에 부정적인 영향을 미친다. 따라서, 도입 농도(CPDA)를 0에서 1.173 w/w%로 조정하여 폴리도파민(polydopamine) 나노 입자의 농도에 따른 영향을 연구한다.6 is a series of OM images of an optical film according to a change in the introduction concentration (C PDA ) of the polydopamine nanoparticles shown in FIG. 1. Referring to FIG. 6, poly-dopamine nanoparticles have a positive effect on improving saturation and/or maintaining a consistent color, but negatively affecting the brightness of color. Therefore, by adjusting the introduction concentration (C PDA ) from 0 to 1.173 w/w%, the effect of the concentration of polydopamine nanoparticles is studied.

도 6에 도시된 바와 같이, 도입 농도(CPDA)가 증가함에 따라 광학 현미경 이미지의 색상 밝기는 감소한다. 특히, CPDA ≥ 0.565 w/w%일 때, 폴리 도파민 나노 입자의 작은 응집체가 형성된다. 응집체의 크기가 육안으로 구별되지 않는 10 ㎛보다 작다. As shown in FIG. 6, as the introduction concentration (C PDA ) increases, the color brightness of the optical microscope image decreases. In particular, when C PDA ≥ 0.565 w/w%, small aggregates of poly-dopamine nanoparticles are formed. The size of the agglomerates is less than 10 μm, which is not visible to the naked eye.

도 7은 도 6에 따른 반사율 및 투과율 스펙트럼 그래프이다. 도 7을 참조하면, 밝기의 감소는 그래프 1(710)과 같이 공진 파장에서 반사율의 감소로 인해 발생한다. 폴리 도파민 나노 입자가 콜로이드 결정화를 억제함에 따라, 장범위 규칙성(long range order)이 CPDA와 함께 점차적으로 손실되어 반사율이 감소하고 피크가 넓어진다. λmax는 거의 변하지 않는다. 동시에 폴리 도파민 나노 입자가 전체 가시광을 흡수함에 따라 비 공진 파장에서의 반사율도 CPDA와 함께 감소한다. 7 is a graph of reflectance and transmittance spectrum according to FIG. 6. Referring to FIG. 7, a decrease in brightness occurs due to a decrease in reflectance at a resonant wavelength as shown in graph 1 (710). As poly-dopamine nanoparticles inhibit colloidal crystallization, long range order is gradually lost with C PDA , resulting in a decrease in reflectance and widening peaks. λ max hardly changes. At the same time, as the poly-dopamine nanoparticles absorb all visible light, the reflectance at non-resonant wavelengths also decreases with C PDA .

폴리 도파민 나노 입자가 없는 포토닉 필름은 그래프 2(720)와 같이 콜로이드 입자(120)와 중합체 매트릭스(130) 사이의 낮은 굴절률 대비로 인해 오프 - 공진 파장에서 매우 투명하다. 이 높은 투과도로 인해 필름이 검은 색이 아닌 배경에 배치될 때 구조 색상이 덜 발색되도록 한다. CPDA가 증가함에 따라 그림 2c와 같이 폴리 도파민 나노 입자가 가시광선을 흡수하면 오프-공진(off-resonant) 파장에서의 투과율이 감소한다. The photonic film without poly-dopamine nanoparticles is very transparent at off-resonant wavelength due to the low refractive index contrast between the colloidal particles 120 and the polymer matrix 130, as shown in graph 2 (720). This high transmittance allows the structure color to develop less when the film is placed on a non-black background. As C PDA increases, the transmittance at off-resonant wavelength decreases when poly-dopamine nanoparticles absorb visible light as shown in Figure 2c.

도 8은 도 6에 따른 배경별 일련의 광학 필름 이미지이다. 도 8을 참조하면, 다양한 값의 CPDA를 갖는 광학 필름은 흑색 및 백색 배경에 배치된다. 흑색 배경의 필름 색상은 CPDA ≤ 0.565 w/w%에 대해 빨간색을 나타낸다. CPDA가 0.565 w/w% 이상인 필름도 높은 채도로 적색을 나타내지만 밝기는 매우 낮다. 대조적으로 백색 배경의 필름은 다른 경향을 보인다. 8 is a series of optical film images for each background according to FIG. 6. Referring to Fig. 8, an optical film with C PDA of various values is disposed on a black and white background. The film color on a black background is red for C PDA ≤ 0.565 w/w%. A film with a C PDA of 0.565 w/w% or more shows red color with high saturation, but the brightness is very low. In contrast, films with a white background show a different trend.

폴리 도파민 나노 입자가 없으면 구조적인 붉은색은 배경 반사 때문에 채도가 낮다. CPDA가 증가함에 따라 채도가 향상된다. Without poly-dopamine nanoparticles, the structural red color is less saturated due to background reflection. C As PDA increases, saturation improves.

도 9는 도 6에 따른 도입 농도(CPDA)에 따른 백색 배경 상에서 색상 채도의 증가를 보여주는 색도 플롯(chromaticity plot)이다. 도 9를 참조하면, 흑색 및 백색 배경에 있는 필름의 색상은 도시된 바와 같이 CIE(Commission Internationale de l' Eclairage) 1931 색도 다이어그램으로 변환된다. 흑색 배경에 있는 모든 필름의 색상은 채도가 높지만 백색 배경에는 CPDA와 함께 채도가 증가한다. 9 is a chromaticity plot showing an increase in color saturation on a white background according to the introduction concentration (C PDA ) according to FIG. 6. Referring to FIG. 9, the colors of the film on a black and white background are converted into a CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) 1931 chromaticity diagram as shown. The color of all films on a black background is highly saturated, but on a white background the saturation increases with C PDA .

CPDA ≥ 0.865 w/w%의 경우, 필름은 높은 채도를 나타내지만 백색 배경에서도 낮은 밝기를 보인다. 따라서 높은 채도와 충분한 밝기를 위한 CPDA의 최적 범위는 0.278 w/w% ≤ CPDA ≤ 0.565 w/w이다.In the case of C PDA ≥ 0.865 w/w%, the film shows high saturation but low brightness even on a white background. Therefore, the optimum range of C PDA for high saturation and sufficient brightness is 0.278 w/w% ≤ C PDA ≤ 0.565 w/w.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 폴리도파민 나노 입자가 없는 광학 필름 및 폴리도파민 나노 입자가 있는 광학 필름의 스트레칭 유도 컬러(stretching-induced color)의 변화를 보여주는 일련의 이미지이다. 도 10을 참조하면, 공진 및 비 공진 파장에서의 반사도의 농도 의존 변화가 표현된다. 공진 파장에서의 반사율은 오프 공진 웨이브(off-resonant waveleng)로부터의 피크의 높이로서 측정된다.FIG. 10 is a series of images showing changes in stretching-induced color of an optical film without polydopamine nanoparticles and an optical film with polydopamine nanoparticles according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, the density-dependent change in reflectivity at resonant and non-resonant wavelengths is expressed. The reflectance at the resonant wavelength is measured as the height of the peak from the off-resonant waveleng.

폴리 도파민 나노 입자가 없는 광학 필름(1010)은 엘라스토머 중합체(PEGPEA) 매트릭스에 내장된 비탄성 콜로이드 입자의 접촉형 밀집(non-close-packed) 콜로이드 어레이로서 역학변색 특성을 나타낸다. 스트레칭시, 필름은 얇아지고, 두께 방향을 따라 입자 간 분리가 감소된다. 따라서, 스트레칭은 컬러 변화도 1(1010)에 도시된 바와 같이 구조색의 파란색 이동을 유발한다.The optical film 1010 without poly-dopamine nanoparticles is a non-close-packed colloidal array of inelastic colloid particles embedded in an elastomer polymer (PEGPEA) matrix and exhibits dynamic discoloration characteristics. Upon stretching, the film becomes thinner and the separation between particles along the thickness direction is reduced. Therefore, stretching causes the blue shift of the structure color as shown in Fig. 1 (1010) of color change.

광학 필름은 d = 194 nm 및 φ = 0.33 인 콜로이드 입자로 구성된다. 그러나, 원래 흰색 배경에서 채도가 낮다. 또한, 광학 필름은 스트레칭 중에 채도(color saturation)를 잃는다. 이는 광학 필름이 늘어날 때 공진 파장에서의 반사율이 점차 낮아지기 때문이다. 스트레칭하는 동안 한 층의 콜로이드 입자가 인접 층의 콜로이드 어레이의 중간 영역(interstitial regions)으로 침투하여 입자가 많은 영역과 입자가 부족한 영역 사이의 굴절률 대비가 감소하여 반사율이 감소한다. 확장 변형율 ε이 40%를 초과하면 광학 필름이 투명해지고 백색 배경을 나타낸다.The optical film is composed of colloidal particles with d = 194 nm and φ = 0.33. However, the saturation is low on the original white background. In addition, the optical film loses color saturation during stretching. This is because the reflectance at the resonance wavelength gradually decreases when the optical film is stretched. During stretching, the colloidal particles of one layer penetrate into interstitial regions of the colloidal array of adjacent layers, and the refractive index contrast between the areas with many particles and areas with insufficient particles decreases, thereby reducing the reflectance. When the expansion strain ε exceeds 40%, the optical film becomes transparent and exhibits a white background.

폴리 도파민 나노 입자가 함유된 광학 필름(1020)은 백색 배경에서도 스트레칭중에 더 현저한 구조적 색상을 보인다. 광학 필름은 d = 194 nm 및 φ = 0.33인 콜로이드 입자와 CPDA = 0.565 w/w%인 폴리 도파민 나노 입자로 구성되어있다. 광학 필름은 원래 붉은 색을 높은 채도로 보여주며 변형율 ε이 0에서 26.7 %로 증가함에 따라 서서히 녹색으로 바뀐다. The optical film 1020 containing poly-dopamine nanoparticles exhibits a more pronounced structural color during stretching even on a white background. The optical film is composed of colloidal particles with d = 194 nm and φ = 0.33 and poly-dopamine nanoparticles with C PDA = 0.565 w/w%. The optical film shows the original red color with high saturation and gradually turns green as the strain ε increases from 0 to 26.7%.

광학 필름을 ε = 46.7%로 더 늘리면 투명하지 않고 녹색이 사라지고 폴리 도파민 나노 입자 유래의 짙은 갈색이 나타난다. When the optical film is further increased to ε = 46.7%, the green color disappears without being transparent, and a dark brown color derived from poly-dopamine nanoparticles appears.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 다양한 변형율(strain)에 대한 폴리도파민 나노입자가 로딩된 광학 필름의 일련의 반사율 스펙트럼이다. 도 11을 참조하면, 반사 스펙트럼은 공진 파장의 양적 이동을 나타낸다. 반사율 피크는 원래 λmax = 612 nm에 위치하며 ε이 클수록 파란색으로 변한다. 피크는 λmax = 496nm 인 ε = 53.3%까지 존속한다.11 is a series of reflectance spectra of an optical film loaded with polydopamine nanoparticles for various strains according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, the reflection spectrum indicates the quantitative shift of the resonance wavelength. The reflectance peak is originally located at λmax = 612 nm, and turns blue as ε increases. The peak persists until ε = 53.3% with λmax = 496nm.

피크 높이는 스트레칭시 18%에서 점차 감소하고 ε = 40 % 및 ε = 53.3 %에서 각각 5 % 및 8 %로 작아진다. ε> 33.3 % 인 경우 청색에 해당하는 파장에서 발생하는 구조적 공명은 단파장에서 상대적으로 높은 흡광도로 인해 폴리 도파민 나노 입자의 광 흡수에 압도된다. The peak height gradually decreases at 18% upon stretching and decreases to 5% and 8% at ε = 40% and ε = 53.3%, respectively. When ε> 33.3%, the structural resonance generated at a wavelength corresponding to blue is overwhelmed by the light absorption of poly-dopamine nanoparticles due to relatively high absorbance at a short wavelength.

공명 파장에서 낮은 반사율과 높은 흡광도의 조합은 "1020"에서와 같이 ε> 33.3%의 암갈색을 낳는다. 색 변화는 비탄성 실리카 입자가 단지 33%의 부피를 차지하므로 중합체(PEGPEA) 매트릭스가 높은 탄성을 지니면서 비접촉형 밀집(non-close-packed)이 되도록 매우 가역적이다. 밀집(close packing)의 부피비는 74 %이다.The combination of low reflectance and high absorbance at the resonance wavelength results in dark brown with ε> 33.3% as in "1020". The color change is very reversible so that the polymer (PEGPEA) matrix has a high elasticity and is non-close-packed as the inelastic silica particles occupy only 33% of the volume. The volume ratio of close packing is 74%.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 스트레칭 상태(stretched state)와 릴렉싱 상태(relaxed state) 사이의 반사율 피크 위치의 가역적 시프트(reversible shift)를 보여주는 그래프이다. 도 12를 참조하면, 폴리 도파민 나노 입자를 함유한 광자 필름이 반복적으로 ε = 25%로 늘어나고, 원래의 상태로 릴랙싱되면 공명 파장은 히스테리시스없이 λmax = 610nm와 538nm 사이에서 가역적으로 이동한다.12 is a graph showing a reversible shift of a reflectance peak position between a stretched state and a relaxed state according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 12, when the photon film containing poly-dopamine nanoparticles is repeatedly increased to ε = 25% and is relaxed to its original state, the resonance wavelength reversibly shifts between λmax = 610nm and 538nm without hysteresis.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 역학변색 소재를 적용한 광학 필름(photonic film)을 제조하는 공정을 보여주는 공정도이다. 도 13을 참조하면, 광학 필름은 포토 리소그래피 (photolithography)에 의해 패턴화될 수 있으며, 이는 자색광 패턴을 만들기 위해 프리 스탠딩 필름(freestanding film)에 내장될 수 있다. 13 is a process diagram showing a process of manufacturing an optical film to which a dynamic color change material is applied according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 13, an optical film can be patterned by photolithography, which can be embedded in a freestanding film to make a purple light pattern.

패턴을 준비하기 위해, 폴리 도파민 나노 입자를 함유하는 콜로이드 입자 - 중합체(PEGPEA) 분산액(즉 구조색 소재)(1340)을 모세관 힘에 의해 포토 마스크(1330)와 제 1 투명 기판(1320-1) 사이의 50um 두께의 갭(1310-1)에 침투시킨다(단계 S1340). 조준된 자외선광(UV)(1350)은 포토 마스크(1330)를 통해 조사되어 위치 선택적으로 PEGPEA를 중합시킨다. 미 콜로이드 입자 - 중합체 분산액을 씻어 낸 후 패턴(1321)은 제 1 투명 기판(1320-1)에 남아 있게 된다(단계 S1320).To prepare a pattern, colloidal particles containing poly-dopamine nanoparticles-polymer (PEGPEA) dispersion (that is, a structural color material) 1340 are applied to a photomask 1330 and a first transparent substrate 1330-1 by capillary force. It penetrates into the gap 1310-1 having a thickness of 50 μm therebetween (step S1340 ). The collimated ultraviolet light (UV) 1350 is irradiated through the photo mask 1330 to selectively polymerize PEGPEA. After washing off the non-colloidal particles-polymer dispersion, the pattern 1321 remains on the first transparent substrate 1322-1 (step S1320).

이 패턴은 폴리 도파민 나노 입자의 PEGPEA 분산액을 패턴 증착된 제 1 투명 기판(1320-1)과 제 2 투명 기판(1320-2)사이의 150㎛ 두께의 갭(1310-2)에 침투시키고 UV로 전체 샘플을 조사함으로써 탄성 필름에 매립된다(단계 S1330). 마지막으로 패턴 삽입 필름(1341)이 투명 기판(1320-1,1320-2)에서 풀린다(단계 S1340). This pattern penetrates the PEGPEA dispersion of poly-dopamine nanoparticles into the 150 μm-thick gap 1310-2 between the pattern-deposited first transparent substrate 1320-1 and the second transparent substrate 1320-2, and UV It is embedded in the elastic film by irradiating the whole sample (step S1330). Finally, the pattern insertion film 1341 is released from the transparent substrates 1320-1 and 1320-2 (step S1340 ).

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 확장 변형율(extensional strain)의 변화에 대해 카멜레온 패턴의 가역 컬러 변경을 보여주는 일련의 이미지들이다. 도 14를 참조하면, 필름의 패턴은 필름을 스트레칭(1410)하여 색상을 조정하고 숨길 수 있으며 원래 패턴은 필름을 릴랙싱(1420)하여 복구할 수 있다. 예를 들어 d = 200 nm 및 φ = 0.33 인 실리카 입자와 중합된 PEGPEA 매트릭스에서 CPDA = 0.565 w / w %의 폴리 도파민 나노 입자로 구성된 카멜레온 패턴을 포함하는 필름을 준비한다. 14 is a series of images showing a reversible color change of a chameleon pattern with respect to a change in extension strain according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 14, the pattern of the film can be adjusted and hidden by stretching the film 1410, and the original pattern can be restored by relaxing the film 1420. For example, prepare a film comprising a chameleon pattern composed of poly-dopamine nanoparticles of C PDA = 0.565 w / w% in a PEGPEA matrix polymerized with silica particles having d = 200 nm and φ = 0.33.

패턴을 둘러싸는 필름은 실리카 입자가 없는 중합된 PEGPEA에서 CPDA = 0.5 w / w %의 폴리 도파민 나노 입자로 구성된다. 카멜레온 패턴은 필름이 ε = 8.7 %와 ε = 30 %로 늘어날 때 노란색과 녹색으로 바뀌지 않고 빨간색으로 늘어난다. 패턴은 ε = 0 %로 느슨해지면 원래 빨간색을 복구된다. 이 색상 변경은 매우 가역적이다.The film surrounding the pattern consisted of poly-dopamine nanoparticles of C PDA = 0.5 w/w% in polymerized PEGPEA without silica particles. The chameleon pattern does not change to yellow and green when the film is stretched to ε = 8.7% and ε = 30%, but stretches to red. When the pattern is loosened with ε = 0%, the original red color is restored. This color change is very reversible.

도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 릴렉싱 상태와 스트레칭 상태에서 얼룩말 유사 패턴의 이미지들이다. 도 15를 참조하면, 그래픽 및 패턴의 초기 색상은 높은 자유도로 선택될 수 있다. 군 위장을 위한 패턴을 사용하기 위해 녹색(1510)과 암갈색(1520) 색상으로 구성된 얼룩말 모양의 패턴을 준비한다. 녹색 패턴은 d = 177 nm 및 φ = 0.33 인 실리카 입자와 CPDA = 0.565 w/w%인 폴리 도파민 나노 입자로 구성된다. 패턴은 ε = 30 %까지 늘려서 감추어 져 있고 ε = 0 %로 완화하여 나타난다. 15 are images of a zebra-like pattern in a relaxing state and a stretching state according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 15, initial colors of graphics and patterns may be selected with a high degree of freedom. To use the pattern for military camouflage, a zebra-shaped pattern composed of green (1510) and dark brown (1520) colors is prepared. The green pattern consists of silica particles with d = 177 nm and φ = 0.33 and poly-dopamine nanoparticles with C PDA = 0.565 w/w%. The pattern is concealed by stretching ε = 30%, and appears by relaxation with ε = 0%.

패턴이 늘어나면, 구조적 공진의 파장은 파란색으로 이동하여 구조적 색상이 폴리 도파민 나노 입자의 흡수에 의해 압도되어 도면에서 확인한 것처럼 패턴이 진한 갈색으로 변한다. 필름은 항상 폴리 도파민 나노 입자에서 암갈색을 나타내므로 패턴을 늘려 숨길 수 있다. 이러한 구조적 색상 패턴의 숨김과 노출은 또한 매우 가역적이다.When the pattern is increased, the wavelength of the structural resonance shifts to blue, and the structural color is overwhelmed by the absorption of the poly-dopamine nanoparticles, and the pattern changes to dark brown as shown in the figure. The film always shows a dark brown color in the poly-dopamine nanoparticles, so it can be hidden by increasing the pattern. The hiding and exposure of these structural color patterns is also very reversible.

도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 반사도(1610) 및 흡수도(1620)를 나타내는 그래프이다. 도 16을 참조하면, 흡수는 반사율(R)과 투과율(T)을 1 - (R + T)로 계산할 수 있다. CPDA가 1.173 w/w%로 증가함에 따라 공진 및 비 공진 파장 모두에서 흡수가 약 40 %까지 증가한다.16 is a graph showing reflectance 1610 and absorbance 1620 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 16, absorption can be calculated by calculating reflectance (R) and transmittance (T) as 1-(R + T). As C PDA increases to 1.173 w/w%, absorption increases to about 40% at both resonant and non-resonant wavelengths.

도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 입사광 방향 및 여러 각도에 일련의 광필름 이미지를 보여주는 도면이다. 도 17을 참조하면, 이 일련의 광학 필름은 정반사를 위한 각도와 함께 구조색의 파란색 이동을 보여준다(1710,1720). 0.278 w/w% ≤ CPDA ≤ 0.565 w/w%인 필름은 모든 각도에서 뚜렷하고 밝은 색상을 나타낸다. 다른 한편, 모든 필름이 필적할만한 수준의 각도 의존적인 색상 변화를 보이는 것은 주목할 만한 사실이다. 17 is a view showing a series of optical film images at various angles and directions of incident light according to an embodiment of the present invention. Referring to Fig. 17, this series of optical films shows the blue shift of the structural color with the angle for specular reflection (1710, 1720). Films with 0.278 w/w% ≤ C PDA ≤ 0.565 w/w% show distinct and bright colors at all angles. On the other hand, it is noteworthy that all films exhibit comparable degrees of angle-dependent color change.

결정 내에서 약간 더 강한 의존성을 가지지만, 정반사에 대한 각도 의존성은 결정성 및 비정질 구조 모두에서 불가피하다(1720). 실험에서, 모든 광학 필름은 부분적으로 장범위 규칙성(long range order)을 유지하고, 0.014 w/w% ≤ CPDA ≤1.173 w/w%의 광학 필름에서 색상의 각도 의존성은 CPDA = 0 w/w%인 경우와 유사하다. 녹색 및 청색 광학 필름에 대한 CPDA의 최적 범위는 약 0.138 w/w% ≤ CPDA ≤ 0.278 w/w%이며 적색 필름보다 약간 낮다. 이 변화는 녹색 및 청색 필름을 위한 콜로이드 입자로부터 폴리 도파민 나노 입자의 크기 대비의 감소로 인한 것이다.Although it has a slightly stronger dependence within the crystal, the angular dependence on specular reflection is inevitable for both crystalline and amorphous structures (1720). In the experiment, all optical films partially maintained the long range order, and the angular dependence of color in the optical film of 0.014 w/w% ≤ C PDA ≤ 1.173 w/w% was C PDA = 0 w Similar to the case of /w%. The optimal range of C PDA for green and blue optical films is about 0.138 w/w% ≤ C PDA ≤ 0.278 w/w%, which is slightly lower than that of the red film. This change is due to the reduction in size contrast of the poly-dopamine nanoparticles from the colloidal particles for the green and blue films.

120: 콜로이드 입자
130: 중합체 매트릭스
140: 용매화 층
200: 콜로이드 입자의 결정질 어레이
210: 폴리도파민 나노 입자120: colloidal particles
130: polymer matrix
140: solvation layer
200: crystalline array of colloidal particles
210: polydopamine nanoparticles

Claims (14)

광중합 가능한 용매; 및
상기 용매에 분산되어 광결정 나노 구조체를 형성하는 동일한 직경을 가지는 다수의 콜로이드 입자;를 포함하며,
다수의 상기 콜로이드 입자의 결정화를 억제하기 위해 폴리 도파민 나노입자가 도입되며,
효과적인 발색을 위한 상기 폴리 도파민 나노입자의 도입 농도는 0.278 w/w% 내지 0.565 w/w%이고,
상기 도입 농도가 증가함에 따라 장범위 규칙성(long range order)이 손실되며,
상기 폴리 도파민 나노입자는 다수의 상기 콜로이드 입자의 간극 공극에 위치되는 것을 특징으로 하는 선명한 구조색을 나타내는 역학변색 광학 소재.
A photopolymerizable solvent; And
Including; a plurality of colloidal particles having the same diameter dispersed in the solvent to form a photonic crystal nanostructure,
Poly-dopamine nanoparticles are introduced to inhibit crystallization of a plurality of the colloidal particles,
The introduction concentration of the poly-dopamine nanoparticles for effective color development is 0.278 w/w% to 0.565 w/w%,
As the introduced concentration increases, long range order is lost,
The poly-dopamine nanoparticles are mechanically discolored optical material showing a clear structural color, characterized in that located in the interstices of the plurality of colloidal particles.
 제 1 항에 있어서,
다수의 상기 콜로이드 입자는 구형을 가지는 입자로서, 실리카 입자, 폴리스티렌 입자, 폴리메틸 메타아크릴레이트 입자, 산화철 입자, 산화 티타늄 입자, 및 산화알루미늄 입자 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 선명한 구조색을 나타내는 역학변색 광학 소재. The method of claim 1,
The plurality of colloidal particles are particles having a spherical shape, and are one of silica particles, polystyrene particles, polymethyl methacrylate particles, iron oxide particles, titanium oxide particles, and aluminum oxide particles. Color change optical material. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
다수의 상기 콜로이드 입자는 직경의 범위가 100 nm ∼ 500 nm인 것을 특징으로 하는 선명한 구조색을 나타내는 역학변색 광학 소재.
The method of claim 1,
A number of the colloidal particles have a dynamic color change optical material showing a clear structural color, characterized in that the diameter range of 100 nm to 500 nm.
 제 1 항에 있어서,
다수의 상기 콜로이드 입자의 부피를 전체 부피로 나눈 부피 비율의 범위가 0.2 내지 0.4이고, 상기 전체 부피는 다수의 상기 콜로이드 입자의 부피와 상기 용매의 부피를 합한 것을 특징으로 하는 선명한 구조색을 나타내는 역학변색 광학 소재.
The method of claim 1,
The range of the volume ratio obtained by dividing the volume of the plurality of colloid particles by the total volume is 0.2 to 0.4, and the total volume is the sum of the volumes of the plurality of colloid particles and the volume of the solvent. A mechanically discolored optical material exhibiting a clear structural color, characterized in that.
 제 1 항에 있어서,
상기 광중합 가능한 용매는 연성 고분자 수지로서, Polyethylene glycol phenyl ether acrylate(PEGPEA), Ethylene glycol phenyl ether acrylate (EGPEA), Polydimethylsiloxane diacrylate(PDMS DA), Trimethylolpropane ethoxylate triacrylate (ETPTA), Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), Pentaerythritol triacrylate (PETA), Poly(ethylene glycol) diacrylate(PEGDA)를 포함하는 아크릴레이트기가 있는 고분자 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 선명한 구조색을 나타내는 역학변색 광학 소재.
The method of claim 1,
The photopolymerizable solvent is a flexible polymer resin, polyethylene glycol phenyl ether acrylate (PEGPEA), Ethylene glycol phenyl ether acrylate (EGPEA), Polydimethylsiloxane diacrylate (PDMS DA), Trimethylolpropane ethoxylate triacrylate (ETPTA), Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), Pentaerythritol triacrylate. (PETA), a dynamic color change optical material showing a clear structural color, characterized in that at least one of polymers with an acrylate group including poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA).
 광학 필름에 있어서,
구조색 소재를 통해 표면에 미리 설정되는 패턴이 형성되며,
상기 구조색 소재는,
광중합 가능한 용매; 및
상기 용매에 분산되어 광결정 나노 구조체를 형성하는 동일한 직경을 가지는 다수의 콜로이드 입자;를 포함하며,
다수의 상기 콜로이드 입자의 결정화를 억제하기 위해 폴리 도파민 나노입자가 도입되며,
효과적인 발색을 위한 상기 폴리 도파민 나노입자의 도입 농도는 0.278 w/w% 내지 0.565 w/w%이고,
상기 도입 농도가 증가함에 따라 장범위 규칙성(long range order)이 손실되며,
상기 폴리 도파민 나노입자는 다수의 상기 콜로이드 입자의 간극 공극에 위치되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
In the optical film,
A preset pattern is formed on the surface through the structural color material,
The structural color material,
A photopolymerizable solvent; And
Including; a plurality of colloidal particles having the same diameter dispersed in the solvent to form a photonic crystal nanostructure,
Poly-dopamine nanoparticles are introduced to inhibit crystallization of a plurality of the colloidal particles,
The introduction concentration of the poly-dopamine nanoparticles for effective color development is 0.278 w/w% to 0.565 w/w%,
As the introduced concentration increases, long range order is lost,
The optical film, characterized in that the poly-dopamine nanoparticles are located in the interstices of the plurality of colloidal particles.
 (a) 제 1 투명 기판을 준비하는 단계;
(b) 상기 제 1 투명 기판상에 구조색 소재를 침투시켜 미리 설정되는 패턴을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 제 1 투명 기판과 일정 간격의 갭을 두고 제 2 투명 기판을 배치하는 단계;를 포함하며,
상기 구조색 소재는,
광중합 가능한 용매; 및
상기 용매에 분산되어 광결정 나노 구조체를 형성하는 동일한 직경을 가지는 다수의 콜로이드 입자;를 포함하며,
다수의 상기 콜로이드 입자의 결정화를 억제하기 위해 폴리 도파민 나노입자가 도입되며,
효과적인 발색을 위한 상기 폴리 도파민 나노입자의 도입 농도는 0.278 w/w% 내지 0.565 w/w%이고,
상기 도입 농도가 증가함에 따라 장범위 규칙성(long range order)이 손실되며,
상기 폴리 도파민 나노입자는 다수의 상기 콜로이드 입자의 간극 공극에 위치되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 제조 방법.
(a) preparing a first transparent substrate;
(b) forming a predetermined pattern by penetrating a structural color material on the first transparent substrate; And
(c) disposing a second transparent substrate with a gap between the first transparent substrate and a predetermined distance; including,
The structural color material,
A photopolymerizable solvent; And
Including; a plurality of colloidal particles having the same diameter dispersed in the solvent to form a photonic crystal nanostructure,
Poly-dopamine nanoparticles are introduced to inhibit crystallization of a plurality of the colloidal particles,
The introduction concentration of the poly-dopamine nanoparticles for effective color development is 0.278 w/w% to 0.565 w/w%,
As the introduced concentration increases, long range order is lost,
The method of manufacturing an optical film, characterized in that the poly-dopamine nanoparticles are located in the interstices of the plurality of colloidal particles.
 제 11 항에 있어서,
상기 패턴은 제 1 투명 기판상에 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 제조 방법.
The method of claim 11,
The method for manufacturing an optical film, wherein the pattern is formed on the first transparent substrate.
 제 12 항에 있어서,
상기 패턴은 포토 마스크를 통해 조사되어 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 제조 방법.
The method of claim 12,
The pattern is a method of manufacturing an optical film, characterized in that formed by irradiation through a photo mask.
 제 11 항에 있어서,
상기 광중합 가능한 용매는 조준된 자외광을 통해 조사되어 위치 선택적으로 중합되는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 제조 방법.The method of claim 11,
The photopolymerizable solvent is irradiated through collimated ultraviolet light to selectively polymerize the position.
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