[发明专利]一种具有光泽与色相的光学功能材料及其制备与应用

说明书

技术领域

本发明属于光学功能材料，特别涉及一种具有光泽与色相的光学功能材料。

背景技术

光子晶体是一种具有在微米、亚微米等尺度上折射率呈现周期性变化的电介质材料。由于布拉格衍射作用，光子晶体材料会形成区别于色素颜色的结构色。由于结构色具有耐候性好不褪色、环保和虹彩效应等优点，其用于油墨在显示、装饰、防伪等领域具有广阔的应用前景。常规制备光子晶体的方法既有“自上而下”(top-down)的物理加工方法，也可以通过“自下而上”(bottom-up)的化学组装法，组装单分散的纳米微球成密堆积周期结构，周期结构排列的纳米微球与球间填充介质存在折射率差异，这种存在折射率差异的周期结构就形成了“光子禁带”(Photonic Band Gap，PBG)。自组装法由于具有成本低、方法简单、不需要复杂的设备，可以通过合成过程中对纳米粒子的形态、结构的控制实现不同功能的光子晶体制备等优点。

目前关于结构色的文献及专利大都是从结构色的角度对其结构和材质进行改进，光泽与色相都与禁带波长λ直接对应，在光谱上结构色是一种单一波段的色光，其颜色纯正光泽明亮，但同时也因为其波段单一无法实现混合色相的调配。

发明内容

本发明针对结构色的优点与不足，提出光泽与色相分离的概念，提供一种具有光泽与色相的光学功能材料。这种材料不仅仅利用纳米微球与填充介质周期结构带来的光子禁带结构色。还将微球及填充介质本身色相结合起来，通过调节二者色相的组合来获得独立于结构色之外更加丰富的色相，并将其与结构色光谱结合起来，实现光泽与色相相对独立，获得按需要随意交叉组合的色泽的特殊效果。

本发明的目的在于提供一种具有光泽与色相的光学功能材料。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种具有光泽与色相的光学功能材料，所述具有光学功能材料为以密堆积形式周期性紧密排布的纳米微球层，纳米微球间设置填充介质，并且所述具有光泽与色相的光学功能材料的光泽和色相相对独立，所述光学功能材料的光泽对应任意单一波段光，其中所述光学功能材料的色相选自色相环中的任意一种色相。

上述技术方案中，所述纳米微球周期性紧密排布形成1～50微米的纳米微球层。

上述技术方案中，纳米微球自身色相与填充介质色相的组合，可实现光学功能材料的色相调节。通过设置纳米微球层与填充介质的周期排布的特征以及折射率来设置所述光学功能材料的光泽，其关系遵循如下公式：

其中λ为禁带波长，d为周期常数即微球粒径，n_A为纳米微球折射率，n_B为填充介质折射率。0.74和0.26分别是纳米微球与间隙介质在整个材料中的体积分数。

上述技术方案中所述光学功能材料的光泽和色相相互独立，其中所述光学功能材料的光泽对应于任意单一波段的光。所述光学功能材料的色相可以通过选择不同吸光度的填充介质材料混合来实现所需的色相。

上述技术方案中，所述纳米微球的密堆积方式可以选自但不限于蛋白石结构六方密堆积方式。

上述技术方案中，所述纳米微球可选自一种或两种以上(含两种)折射率相近的材料，所述纳米微球的材料的折射率偏差在2％以下。优选的技术方案中，所述纳米微球的折射率偏差在0.5％以下。

上述技术方案中，所述纳米微球粒径为80～1100nm，优选的技术方案中，所述纳米微球粒径为120～400nm。

上述技术方案中，所述纳米微球粒的单分散性PDI小于0.5，优选的技术方案中，所述纳米微球粒的PDI小于0.02。

上述技术方案中，所述纳米微球的材料选自：聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、四氧化三铁或酚醛树脂中的一种或一种以上的混合物。

上述技术方案中，所述填充介质为液体填充介质、固体填充介质、内部设有有色物质的填充介质、内部设有有色物质的固体填充介质中的一种。所述液体填充介质选自：硅油、矿物油、植物油或动物油脂的一种或一种以上混合液体。所述固体填充介质选自：二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、炭黑、硅树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、聚酯。所述有色物质为常规染料、颜料、树脂色母料等，可选择但不限定于甲基蓝，柠檬黄，罗丹明6G，红色丙烯酸树脂色母料，橙色环氧树脂色母料，蓝色环氧树脂色母料，绿色聚氨酯树脂色母料。