[发明专利]一种具有亮丽虹彩色的夹心蛋白石光子晶体塑料膜及其制备和在商标防伪的应用

说明书

本发明公开了一种具有亮丽虹彩色的夹心蛋白石光子晶体塑料膜的制备方法及其在商标防伪中的应用。本发明通过改变组装单元的粒径以及组装，封装技术，采用两种折射率差值小的材料，制备出具有反射峰半峰宽窄(色泽鲜艳)、颜色可调、结构连续、高机械性能(抗磨擦柔软易弯曲)、高角度依存的红、绿、蓝多色的自支撑光子晶体塑料膜，并应用于商标防伪领域。本发明制备的塑料膜克服了传统的蛋白石结构光子晶体不连续结构导致其结构不稳定、易碎且易从基板表面脱落、无法实现自支撑和机械性能差等问题。利用印花打孔器和喷涂方法分别实现图案化，并拓展了在商标领域的应用。提供了一种操作简单、成本低、周期短的夹心蛋白石光子晶体塑料膜的制备方法。

技术领域

本发明涉及一种具有亮丽虹彩色的夹心蛋白石光子晶体塑料膜的制备方法以及在商标防伪中的应用。

背景技术

光子晶体是由周期性排列的不同折射率的介质构成的规则光学结构。这种材料因为具有光子带隙而能够阻断特定频率的光子，从而影响光子的运动，当光子带隙位于可见光区时，表现为我们肉眼可见的结构色。通过改变构筑材料的颗粒直径或者采用不同折射率的构筑材料实现光子晶体结构色的变化。因为光子晶体这一独特的光学特性，其在调控自发辐射，显示，防伪等领域受到越来越多的关注。

但是，传统的蛋白石结构的三维光子晶体，其结构是组装微球之间的点接触模式，导致了膜结构的不连续，这一特点决定了光子晶体本身的机械强度差、易碎，很容易就从玻璃基板表面脱落而破坏其结构。Blanco et al.把制备的SiO₂光子晶体膜结构高温烧结，增强其稳定性(Advanced Materials 1997,9(3),257，-260)，但是这种方法只适合耐高温的物质。Zhang et al.把组装好的PS光子晶体用紫外灯照射，促进球之间发生交联(Macromolecular Rapid Communications 2010,31(24),2115-2120.)，然而长时间的照射容易破坏PS球本身的结构导致强度受损。Gu et al.制备了PDA@SiO₂，组装好的光子晶体通过碱蒸汽处理形成具有粘附力的物质，从而提高了球之间的连接强度(Nanoscale 2018,10(8),3673-3679)。但是一般来说，蛋白石三维光子晶体需要基底支撑，难以制备独立的自支撑膜。反蛋白石三维光子晶体的存在，为构筑独立的自支撑膜结构提供了基础。目前已有文献报道将高分子前驱物填充到光子晶体模板缝隙中构筑高分子类的光子晶体，多是利用蛋白石光子晶体为模板，然后利用化学刻蚀或者物理方法(如光照射，高温等)方法去掉模板，得到反蛋白石结构的塑料膜，如Li等人报道了使用P(St-MMA-AA)蛋白石光子晶体作为模板和热固性聚硅氮烷作为渗透聚合物制备了反蛋白石光子晶体薄膜(Journal of MaterialsChemistry 2012,22(12),5300-5303.)。Cong等以二氧化硅胶体晶体为模板将热响应和pH响应性液体聚合物前体填充到模板中并在球形模板的间隙中聚合，然后通过HF蚀刻去除模板后制备ICC阵列薄膜(Scientific Reports 2017,7(1),12112)。这些都需要引入牺牲模板，不仅操作复杂，而且浪费原料，制得的反蛋白石结构为多孔结构，空气的存在导致膜结构的不连续，而且重要的是反蛋白石结构光子晶体的反射峰宽、反射率低，导致其结构色暗淡。

另外，光子晶体由于普遍存在的光散射问题导致结构色泛白，并且反射光谱的反射峰宽，这些都导致光子晶体膜颜色的纯度不高，目前解决方法主要是在光子晶体构筑单元悬浮液中掺杂炭黑或引入吸光集团，提高色彩的饱和度。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种具有亮丽虹彩色的夹心蛋白石光子晶体塑料膜的制备及其在商标防伪中的应用。本发明方法是采用降低构筑光子晶体的两种材料的折射率差值，提高色彩的饱和度，本发明采用PS或PMMA微球构筑光子晶体，采用PDMS作为封装和填充高分子，提出制备一种蛋白石结构的光子晶体塑料膜，其具有完全连续的膜结构，不但可自支撑、柔软易弯曲和良好的机械性能等优点，还具有窄的半峰宽(大约19nm)、亮丽的色泽、不同观察角度可以清晰显示多种亮丽的颜色。