[发明专利]非密堆积胶体晶体微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非紧密堆积型胶体晶体微球的制备方法，特别是将热塑性材料为壳而非热塑性材料为核的核壳结构的单分散微球组装成紧密堆积型胶体晶体微球后进行加热融化的方法以使壳层材料熔融在一起而核心材料在壳层材料中形成非紧密堆积型胶体晶体微球。

背景技术

胶体晶体是由单分散的微米或亚微米无机或有机微球(也称胶体微球)形成的具有三维有序结构的一类物质。在自然界二氧化硅微球的有序沉积形成天然的胶体晶体称为蛋白石，因而人们也把非天然的胶体晶体称作合成蛋白石。由于胶体晶体在包括结构色、多孔材料、及由于胶体晶体为光子晶体的一种所导致的其在包括通信、电磁防护等领域的广泛的应用价值，胶体晶体的研究受到了学术界、产业界人士的广泛关注。

在胶体晶体中有一种以单分散微球通过组装而形成的更大的胶体晶体微球近年来吸引了人们的眼球。人们通过将单分散微球分散在液体介质中后将一定量的分散介质及单分散微球分散在另外一种与分散介质及单分散微球材料互不相混的液体介质中后通过缓慢的挥发掉单分散微球的分散介质而促使单分散微球在互不相混介质的界面处组装成胶体晶体微球。人们发现胶体晶体微球能够很好地应用于传感、催化等领域，因而成为胶体晶体的一个重点研究领域。人们目前仍在探索胶体晶体微球新的制备方法及新的用途。

而另一方面，在胶体晶体中有一类单分散微球在某种介质中相互间以一定的空间间隔排列成周期排列的三维有序结构称为非紧密堆积型胶体晶体或者光子晶体。由于非紧密堆积型胶体晶体中分散单分散微球的可选介质可以提高胶体晶体的调控性，因而成为胶体晶体的一个研究热点。目前主要有两种方法制备非紧密堆积型胶体晶体：一种通过将单分散微球分散在可以聚合的高分子单体溶液中进行聚合而得到；另外一种通过在紧密堆积型胶体晶体中灌注具伸缩特性的弹性材料后通过拉伸弹性材料从而将紧密堆积的胶体晶体转换为非紧密堆积的胶体晶体。这两种方法均存在一定的优缺点。对于第一种方法将单分散微球分散在某种介质中形成以一定间隔排列的三维有序结构及随后进行的聚合反应均比较困难，目前人们只能在离子浓度极度受限的严苛条件下在含有单体的水溶液选择少量聚合引发剂的环境中进行排列，因而其应用受到一定的限制。而采用紧密堆积型胶体晶体灌注具伸缩性弹性材料的方法由于灌注难度较大及可供选择的具伸缩性材料较少而受到诸多限制。至于非紧密堆积型胶体晶体微球则尚未见报道。因此，开发新的制备非紧密堆积型胶体晶体的制备方法就成为一件很有意义的事情。

在胶体晶体领域的另外一个研究热点则是核壳结构的单分散微球。由于核壳结构微球的核材料及壳材料可以进行比较自由的选择这就为改善胶体晶体的功能提供了可能。目前在可供选择的单分散微球的核或者壳材料中有许多为热塑性高分子材料如聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等。而热塑性高分子材料的一个特点是其方便、廉价的加工特性。这使得热塑性高分子材料走进了千家万户。为此，本发明提出首先制备外壳为热塑性材料的核壳结构单分散微球，然后组装这些核壳结构单分散微球以形成紧密堆积型胶体晶体微球，最后通过热熔融方法使得壳层热塑性材料熔融连接在一起而核心微球在在热塑性材料介质中排列成以一定间隔排列的三维有序结构的非紧密堆积型胶体晶体微球。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种非紧密堆积型胶体晶体微球的制备方法，该方法能够拓展现有非紧密堆积型胶体晶体的制备方法并为胶体晶体微球的大规模应用提供可能。

技术方案：本发明的非紧密堆积型胶体晶体微球的制备方法通过如下步骤进行：

A、首先制备或者获得非热塑性材料构成的单分散微球作为核心；

B、其次在非热塑性材料构成的核心单分散微球上包覆热塑性材料以形成热塑性材料为壳而非热塑性材料为核的核壳结构的单分散微球；

C、然后将核壳结构单分散微球分散在一种液体介质中后，以一定的量注入互不相混的介质中，挥发分散单分散微球的液体介质而保留互不相混的介质，从而促使核壳结构单分散微球在与互不相混的液体介质接触界面处组装成胶体晶体微球；

D、在气体或者液体介质加热熔融由核壳结构单分散微球所构成的胶体晶体微球以使壳层材料熔融而核心材料在壳层材料中形成非紧密堆积型胶体晶体微球。冷却使熔融的壳层材料凝固后即可获得核心单分散微球以一定间隔在壳层材料中组装成的非紧密堆积型胶体晶体微球。

所述非热塑性材料包括无机材料及交联高分子材料。

所述热塑性材料为热塑性高分子材料。

所述的胶体晶体微球的大小可以是一致的也可以是不一致的。