[发明专利]一种用于制备光子晶体薄膜的涂层组合物、光子晶体薄膜及制备方法

说明书

本发明提供一种用于制备光子晶体薄膜的涂层组合物、光子晶体薄膜及其制备方法，涂层组合物包括：纳米微球乳液、单体、低聚物、光引发剂和溶剂，纳米微球乳液的固含量为20％‑80％，涂层组合物中各组分的质量份数为：纳米微球乳液，含有纳米微球100份；单体和低聚物10‑50份；光引发剂0.4‑6份；溶剂，使得涂层组合物的固含量为10％‑55％。本发明的用于制备光子晶体薄膜的涂层组合物、光子晶体薄膜及其制备方法，直接以纳米微球乳液为原料，原位实现纳米微球在干燥后的可光固化介质中的序构规整化排列，得到的光子晶体薄膜。经光固化后，在具备很好的光学性能的同时，还具有很好的力学性能，剥离基材可独立使用。

技术领域

本发明属于光学薄膜制备技术领域，具体涉及一种用于制备光子晶体薄膜的涂层组合物、光子晶体薄膜及制备方法。

背景技术

光子晶体是指具有光子带隙特性的人造周期性电介质，由于光子带隙的存在，可以通过设计光子晶体微观结构，实现对各种波长光的调控，例如通过不同介电常数或折射率的介质材料在一维、二维或三维方向上呈周期性有序排列，实现对特定波长的光的传播的调节作用。光子晶体结构薄膜因其具有高亮度、高饱和度、性能稳定、环保和无污染等优点而受到极大的关注。现有技术中，光子晶体薄膜的制备一般由微纳米加工或自组装的方法得到。微纳米加工技术利用光刻蚀、电子刻蚀等，非常费时且价格昂贵。自组装的方法相对工艺简单，得到广泛使用，其原理是基于重力、毛细管力、电场力、离心力等外界作用力，控制晶体生长，从而调控材料中光子晶体微观结构。但是，这些方法制备周期长，样品缺陷多，且所得到的薄膜力学性能差，强度低，光子晶体难以从载体上剥离和独立成膜使用。

针对这一问题，已有研究尝试一些方法。如中国专利文献CN101369029B提供了一种掺杂有光引发剂和交联剂的聚合物单体溶液，通过均匀渗入光子晶体薄膜的空隙中，经紫外光照射使乳胶粒小球紧密连接，因此增强光子晶体薄膜的机械性能。但是这类处理方法都是在自组装形成光子晶体薄膜以后，再通过熔融，交联等后加工改变颗粒间的相互作用而实现，因此极大受限于自组装制备的材料要求和制备效率，应用范围很窄。中国专利文献CN108845380A提供了一种复合光学材料薄膜，将纳米微球、光引发剂、交联单体和主单体混合制成粘稠混合物，涂敷在基膜上，通过压延、震荡剪切处理，再经紫外固化得到，但该方法以干燥的纳米微球为原料，由于纳米微球通常采用乳液聚合法进行制备，得到的直接产物为纳米微球分散在反应溶剂中形成的乳液，若要以干燥后的纳米微球为制备光子晶体薄膜涂层材料的原料则需将纳米微球从乳液分离。但现有技术中，将纳米微球从其乳液中分离的过程是复杂的，需要对乳液进行破乳、洗涤、脱水、干燥等步骤，而这些步骤需要将制备纳米微球的反应产物乳液其从合成反应釜依次转移在多个分离容器中，经多步人工分离操作才可实现，不仅使整个涂布液的生产过程无法实现全自动化，大大降低生产效率，还耗费了大量人力操作，产生了大量分离设备的成本消耗和分离溶剂成本消耗，同时涉及多步人工操作，极易引入外界杂质，对制备的光学薄膜造成污染；以纳米微球、光引发剂、交联单体和主单体混合制成混合物粘稠度大，涂敷不均匀，并且涂敷后还需要压延等工序提高成膜的均匀性并控制厚度；此外，该组合物制备得到的光学薄膜硬度和韧性较差，不易脱离基材独立成膜。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种用于制备光子晶体薄膜的涂层组合物、光子晶体薄膜及制备方法。本发明提供的涂层组合物直接以纳米微球乳液为原料，原位实现纳米颗粒在光固化介质中的序构规整化排列，得到可进一步光交联的光子晶体薄膜，在具有很好的光学性能的同时，还具有很好的力学性能，剥离基材可独立使用。

为了解决上述问题，本发明提供一种用于制备光子晶体薄膜的涂层组合物，所述涂层组合物包括：纳米微球乳液、单体、低聚物、光引发剂和溶剂，所述纳米微球乳液的固含量为20％-80％，所述涂层组合物中各组分的质量份数为：

纳米微球乳液，含有纳米微球 100份；

单体和低聚物 10-50份；

光引发剂 0.4-6份；