[发明专利]一种基于纳米微球聚集诱导反射产生结构色的结构色墨水及应用

说明书

本发明公开了一种基于纳米微球聚集诱导反射产生结构色的结构色墨水及应用，属于结构生色领域。所述结构色墨水包括如下质量分数的组分：1‑4wt％的粒径均一的中等折射率微球，5‑20wt％的高沸点助剂，0.1‑0.5wt％的粘结剂，0.1‑0.2wt％的磷酸三丁酯，余量为去离子水或乙醇；所述中等折射率为折射率在1.7‑3.0之间，所述微球为粒径在200‑500nm之间的一种、两种或三种；结构色墨水制备的结构色的微观结构为局部紧密聚集、整体松散。利用由中等折射率纳米微球组成的结构色墨水和喷墨打印的方式，既可以实现对原料消耗极小的大面积图案制备，亦可以通过计算机精确控制聚集结构中纳米微球的混合比例来实现颜色的精确控制。

技术领域

本发明涉及一种基于纳米微球聚集诱导反射产生结构色的结构色墨水及应用，属于结构生色领域。

背景技术

色彩与人类的生活生产密切相关，衣、食、住、行都离不开颜色。从天然色素到人工合成染料颜料，人类对于颜色的研究一步一步发展至今。但即使经历了几十载的研究，有机染料和颜料所面临的光牢度差、污染严重、废水排放大等缺点仍未得到有效解决。与染料、颜料对应的是自然界中另一种生色方式——结构生色。与色素生色相比，结构生色具有高亮度，高饱和度，永不褪色等优点。目前，人工构筑结构色的研究中，主要通过光子晶体(Hou,J.；Zhang,H.；Yang,Q.；Li,M.；Song,Y.；Jiang,L.Angew.Chem.Int.Ed.2014,53(23),5791-5795.)和等离子共振(Zhu,X.；Vannahme,C.；-Nielsen,E.；Mortensen,N.A.；Kristensen,A.Nat.Nanotech.2015,11,325-329.)等方式来实现。光子晶体和等离子共振都需要材料结构的精密有序排列，制备方法困难，制备条件苛刻。此外，一种制备条件相对简单的非晶光子结构(Li,Q.；Zhang,Y.；Shi,L.；Qiu,H.；Zhang,S.；Qi,N.；Hu,J.；Yuan,W.；Zhang,X.；Zhang,K.-Q.ACS Nano 2018,12(4),3095-3102.)得到了进一步研究，只是这种多层的无序结构对于原料的消耗与光子晶体类似，都相对较大。此外，上述方式对于颜色的调控都难以与现在成型的CYMK和RGB等混色方案结合，难以与现行的调色方式融合。因此亟需开发一种构筑方法简单、对原料消耗极小同时能够实现颜色混合的结构生色的结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于纳米微球聚集诱导反射产生结构色的结构色墨水及应用。

纳米微球聚集诱导反射是指一种当多颗中等折射率纳米微球(数量在3-20之间)在微观平面中聚集的结构引起的选择性反射的现象。而这种微观聚集结构的制备条件相对简单，制备大面积结构色图案时对原料(纳米微球)消耗小。更重要的是，这种结构的颜色调控可以通过控制聚集结构中不同种直径的微球的数量比例来实现，可以与现行的RGB混色方式完美融合。因此，这种基于纳米微球聚集诱导反射产生结构色的结构对于结构生色领域的研究具有重要的意义。

本发明提供了一种基于纳米微球聚集诱导反射产生结构色的结构色墨水，所述结构色墨水包括如下质量分数的组分：1-4wt％的粒径均一的中等折射率微球，5-20wt％的高沸点助剂，0.1-0.5wt％的粘结剂，0.1-0.2wt％的磷酸三丁酯，余量为去离子水或乙醇；所述高沸点为沸点大于150℃；所述中等折射率微球为折射率在1.7-3.0之间的微球，所述微球为粒径在200-500nm之间的一种、两种或三种的微球以任意比例的混合；结构色墨水制备的结构色的微观结构为局部紧密聚集、整体松散；所述局部紧密聚集为3-20个微球紧密聚集形成一组微球组，所述整体松散为每组微球组之间有一定间隔。

进一步地，上述技术方案中，所述粒径均一的中等折射率微球为硫化锌，硫化镉，氧化亚铜，二氧化钛，氧化锆，氧化铈或氧化锌中的一种。

进一步地，上述技术方案中，所述高沸点助剂为乙二醇、乙酰胺、甲酚、甲酰胺、二甲基亚砜的一种。