[发明专利]一种高强度交联型聚合物光子晶体膜的制备方法

说明书

技术领域

一种高强度交联型聚合物光子晶体膜的制备方法，属于胶体光子晶体膜的制备技术领域，尤其涉及核壳结构聚合物微球采用溶剂挥发自组装法制备高强度交联型聚合物光子晶体膜的制备。

背景技术

1987年，Yab lonovit(Yablonovitch,E.et al.Phys.Rev.Lett.1987,58,2059-2062.)和John(John,S.et al.Phys.Rev.Lett.1987,58,2486-2489.)分别提出了光子晶体(Photonic Crystal)的概念。在此后的近30年里，由于光子晶体的势场中介电常数的差异足够大，在电介质交界面上发生布拉格衍射，从而导致能够使光传播和分散的光子带隙的出现，因此产生了许多新的物理现象，如超棱镜现象、负折射率介质效应等，从而引起了研究者们的极大关注，对光子晶体制备技术进行研究。并且光子晶体作为一类重要的先进光学材料，在光子晶体反射器件、光子晶体滤波器、发光二极管和光子晶体光纤等方面展现出了巨大的应用前景，成为构建光子器件的一种重要材料。

Velev等（O.D.Velev,et al.Science,2000,287,2240-2243.）将高浓度聚苯乙烯纳米微球水溶液滴在氟化油相中，聚合物液滴立于油相液面之上，随着水溶液的挥发聚苯乙烯纳米微球规整排列而成微米级光子晶体球；通过调整聚苯乙烯纳米微球的粒径和微球浓度可获得颜色和形态各异的微米光子晶体球。Velikov等（K.P.Velikov,et al.Science,2002,296,206-109.）以不同粒径的聚苯乙烯纳米微球为自组装基元，采用层-层自组装法构筑了“二进制超晶格”。Wang等（J.Wang,et al.Macromol.Chem.Phys.2006,207,596-604.）合成了一系列粒径不同的核壳结构纳米微球（核为聚苯乙烯，壳为聚（甲基丙烯酸甲酯-co-丙烯酸）），发现这些聚合物纳米微球可在基底上密集且无缝堆积成长程有序的光子晶体，通过调节聚合物纳米微球的粒径，光子晶体可实现从红到蓝的颜色变化。Mihi等（A.Mihi,et al.Adv.Mater.2006,18,2244-2249.）则等将二氧化硅或磺化聚苯乙烯纳米微球分散于挥发性溶剂中，采用旋涂的方法构筑了颜色可调的光子晶体。

在专利文献中王京霞等(CN200510012021.6)利用硬核-软壳的聚合物乳胶粒制备了光子晶体在紫外区聚合物胶体光子晶体膜，但是其聚合物乳胶粒采用三单体制备以及加料和升温程序控制复杂，而且在聚合体系中引入了乳化剂和pH缓冲剂，使得最后产物聚合物乳胶粒不纯净，在水分挥发过程中，其胶体晶体的的形成受到了各种杂质干扰，对晶体膜的大尺寸化受到限制，并且也由于产物的不纯净，使得其最终应用领域受限。关键点是其与本发明相比其光子晶体膜的组成基元——聚合物乳胶粒只是简单的物理堆砌，胶粒之间并没有化学键相互作用，因此本发明所制备的高强度交联型聚合物光子晶体膜的机械强度是其无法比拟的。

自组装法由于工艺简单，并且范德华力、氢键、静电力和表面张力等作为其驱动力可以很好的实现光子晶体的有序排列。因此本发明在自组装基础上，提供了一种更为行之有效的简易制备高强度交联型聚合物光子晶体膜的方法。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种简单的高强度交联型聚合物光子晶体膜的制备方法。该制备方法由于采用目的一所述的带有不同官能团的单分散聚合物微球，其实施过程简单易行，只需在常温常压下即可实施，且所得高强度交联型聚合物光子晶体膜呈现不同颜色，并且具有较强的力学性能。

具体操作步骤如下：

（1）常温常压下，将不同种类的单分散聚合物微球分散于水中，得到不同种类和浓度的聚合物微球乳液，所述聚合物微球乳液浓度5～30wt%；

（2）常温常压下，采用步骤（1）中所得不同种聚合物微球乳液，以表面带环氧基的聚合物微球为第一组份自组装基元，以表面带羧基或氨基的聚合物微球为第二组份自组装基元。先后涂抹于平板基体上，第一组分和第二组分的环氧基与羧基或氨基发生化学反应，待水溶剂自然挥发后，聚合物微球自组装构筑成长程有序的聚合物光子晶体膜，两组分的微球之间自交联提高了所得聚合物光子晶体膜的力学强度。

通过调节第一组份和第二组份聚合物微球的比例、球的粒径以及球的排列方式可以实现光子晶体薄膜颜色的可调节。