[发明专利]使用打印方法制备图案化聚合物胶体光子晶体膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于胶体光子晶体膜的制备及应用技术领域，尤其涉及使用打印方法简单，快速，大面积制备图案化聚合物胶体光子晶体膜的方法。

背景技术

胶体光子晶体材料以单分散乳胶粒规整排列所形成的周期结构对光的折射或衍射作用实现对光的特殊调控。根据周期排列的尺寸不同，所调控光的波长不同。相应所制备的胶体光子晶体膜的应用领域不同。在通常的专利文献中，胶体光子晶体膜主要应用在滤波器(如CN：01105105.1，CN：98110990.X)，光开关(CN：02160207.7)，光波导(CN：02804125.9，CN：99810798，CN：01132293.4，CN：02811132.X)，光纤(CN：00803964.X，CN：00803960.7，CN：03127694.6)等方面。

目前限制光子晶体膜应用的最主要的问题是膜的大面积制备。1987年，光子晶体概念提出后，人们尝试通过从上到下的微加工方法来完成，但该方法成本高，尤其是亚微米尺度的难以实现；随后，人们又提出由下到上的自组装方法，包括，真空条件下自组装，静电自组装等，其中江朋教授提出的竖直沉积方法受到人们的广泛关注，但该方法由于所耗时间长(几十个小时)，尺寸有限(仅限于厘米级)；2004年，江朋教授又提出了加速光子晶体应用的组装方法，旋转涂层法，该方法将制备时间缩短到几分钟，所制备膜的尺寸也相应增大。但该方法对于真正的实际应用还是有所限制。

本发明是基于本发明人在前专利申请(专利申请号：CN：200510011219.2，CN：200510012021.6，CN：200510012047.0)的简单制备单分散乳胶粒，及大面积快速制备可见及紫外区的胶体光子晶体膜，并将其应用在装饰涂料，预防紫外线的涂层及化妆品及增强光致发光器件的基础，结合以前的专利方法(CN：200710064245.0)，实现了通过喷涂方法快速制备大面积聚合物光子晶体膜的方法，提出了通过打印方法来实现简单，快速，大面积制备图案化聚合物胶体光子晶体膜的方法。

与前述文献及专利报道的方法不同，本发明将传统喷墨打印方法应用到聚合物胶体光子晶体膜的简单，快速，大面积图案化制备。该方法目前在文献或专利中未见报道。

发明内容

本发明的目的之一是使用喷墨打印方法简单，快速，大面积制备聚合物胶体光子晶体膜的方法。

本发明的目的之二是提供一种借助传统涂膜的方法-喷墨打印方法，快速实现聚合物胶体光子晶体在基材的表面成膜。该制备聚合物胶体光子晶体膜的方法具有工艺简单，成本低廉，对设备无特殊要求等特点。

本发明的目的之三是提供一种将光子晶体膜实现图案化的快速简单方法，借助打印机与计算机的结合，可以在计算机中设计图案，容易地通过打印机实现光子晶体的图案化。

本发明是基于本发明人在前专利申请(专利申请号：CN：200510011219.2，CN：200510012021.6)的基础上，首先通过在前专利申请所公开的方法，采取批量法无皂乳液聚合，通过适当调整乳液聚合工艺，可以一步法制备得到含有核-壳结构的乳胶粒的聚合物乳液，其乳胶粒的粒径范围为100～400nm，多分散指数小于或等于0.005。所制备的胶体光子晶体膜的光子带隙分布在200～800nm，得到的乳胶粒不需任何提纯就可实现多分散指数小于或等于0.005。

本发明的光子带隙涉及紫外或可见区的聚合物胶体光子晶体膜是具有硬核-软壳结构的单分散聚合物乳胶粒堆砌而成的；单分散聚合物乳胶粒的壳层厚20～50nm，乳胶粒粒径范围为100～400nm，多分散指数小于或等于0.005。

所述的聚合物胶体光子晶体膜的光子带隙分布在200～800nm的紫外或可见区域；随着单分散聚合物乳胶粒粒径由大到小变化，所得到的聚合物胶体光子晶体膜的光子带隙发生蓝移。

本发明的使用打印方法制备光子带隙在紫外或可见区的聚合物胶体光子晶体膜的方法：

室温下将含有硬核-软壳结构的单分散聚合物乳胶粒的聚合物乳液(浓度为10～19wt％)作为喷墨打印墨水装于常规喷墨打印机用的墨盒中，通过计算机对打印的图案进行设计，然后按通常的方法经打印机进行打印，涂膜干燥后，便可容易得到大面积具有所设计图案的具有光子带隙在可见或紫外区的聚合物胶体光子晶体膜，单分散聚合物乳胶粒在基材表面上以面心立方堆砌而形成胶体光子晶体膜。