[发明专利]喷墨打印制备连续光子晶体图案的方法及连续光子晶体图案

说明书

技术领域

本发明涉及喷墨打印制备连续光子晶体图案，特别涉及通过调控喷墨打印的连续喷墨的间隔时间，制备连续光子晶体图案的方法；本发明还涉及所制备的连续光子晶体图案以及连续光子晶体图案在高性能显示等领域中的应用。

背景技术

光子晶体因其特殊的光调控性能在高质量的光学器件、化学传感、高效催化、无标记检测等方面具有潜在应用。光子晶体的图案化的制备是实现其器件化应用的关键。目前光子晶体的图案化的制备主要包括光刻和模板组装两种方法，但光刻方法费时且成本高，模板组装法所得到的图案受模板限制；而喷墨打印方法可以将直写图案与乳胶粒组装有机结合在一起，为光子晶体图案的制备提供了简单的方法。到目前为止，喷墨打印光子晶体图案的工作主要涉及通过调控基材的亲疏水性实现乳胶粒的有序组装（L.Y.Cui,Y.L.Song,J.Mater.Chem.2009,19,5499-5502；H.-Y.Ko,J.Park,H.Shin and J.Moon,Chem.Mater.2004,16,4212）。本案申请人已经通过调控基材的浸润性实现了高质量的光子晶体图案的制备，通过普通的喷墨打印机实现了乳胶粒的有序组装，以及单光子带隙以及双光子带隙图案的有效制备（CN200810115540.9)；并且通过将响应性单体引入到含乳胶粒的墨水中，可以通过喷墨打印含一种粒径的乳胶粒的墨水，通过外场调控其乳胶粒之间的间隙，实现了多个颜色图案的制备(201010578852.0)。但由于喷墨打印技术的按需喷射的特点，使得所制备的图案多是阵列结构，很难实现连续图案。这严重限制了所制备的光子晶体图案在光传导器件方面的应用。在以前的工作中，有人通过控制喷墨打印的墨滴的间距实现连续光子晶体线的制备。但即使在相同墨滴间距的情况下，连续墨滴的不同间隔时间也会对光子晶体图案的连续性影响很大。迄今为止，通过调控喷墨打印的喷墨墨滴的间隔时间实现连续光子晶体的制备的工作尚未见报道。本发明提出了在设定的墨滴间距的情况下，通过调控连续墨滴的间隔时间实现连续光子晶体图案的制备。

发明内容

本发明的目的之一是提供喷墨打印制备连续光子晶体图案的方法，特别是通过调控喷墨打印的喷墨墨滴的间隔时间实现连续光子晶体图案的简便、低成本、易规模化的制备。

本发明的目的之二是提供由目的一制备得到的连续光子晶体图案。

本发明的目的之三是提供目的二的连续光子晶体图案在高质量的光学器件，波导器件，显示器件等方面的应用。

本发明的喷墨打印制备连续光子晶体图案的方法是将具有相同粒径、具有两种不同粒径或具有多种不同粒径的单分散胶体微球分别分散到水和乙二醇的混合液中分别制成墨水，通过喷墨打印设备（如喷墨打印机）将得到的含有相同粒径的单分散胶体微球的墨水，或者将两种或多种含有不同粒径的单分散胶体微球的墨水喷射到具有一定浸润性的固体基材的表面并干燥，并且通过控制喷射的连续喷墨墨滴的相邻喷墨墨滴的间隔时间，可以制备得到连续的光子晶体线，并可以得到光子带隙在紫外光、可见光或红外光区域的连续光子晶体图案，其图案是根据计算机软件设计得到。

本发明的连续光子晶体图案的制备方法为：室温下，将含有相同粒径的单分散胶体微球的墨水，或者将两种或多种含有不同粒径的单分散胶体微球的墨水分别装载于喷墨打印设备（如喷墨打印机）的不同的墨盒中，其中每一墨盒中的单分散胶体微球的粒径相同，且每一墨盒中的含有单分散胶体微球的墨水是由单分散胶体微球分散到水和乙二醇的混合液中制成，墨水中的单分散胶体微球的质量浓度均为0.3～20%（优选质量浓度为3～18%），乙二醇的质量浓度均为5～30%（优选质量浓度为10～30%），余量均为水；然后采用喷墨打印的方法，将所述的墨水喷射到具有浸润性的固体基材的表面，并且控制喷射的连续喷墨墨滴的相邻喷墨墨滴的间隔时间为20～40秒；干燥，便可以在具有浸润性的固体基材的表面得到连续光子晶体图案。

所述的连续光子晶体图案是由蛋白石结构的光子晶体构成的连续图案。

所述的蛋白石结构的光子晶体是以单分散胶体微球为组成单元，且由单分散胶体微球周期性排列形成的单光子带隙、双光子带隙或多光子带隙的光子晶体。

所述的由单分散胶体微球周期性排列形成的单光子带隙、双光子带隙或多光子带隙的光子晶体所构成的光子带隙均在200～2600nm之间。

所述的单分散胶体微球的粒径是80～1100nm。

所述的单分散胶体微球是已知市售的单分散聚合物胶体微球或单分散二氧化硅胶体微球。