[发明专利]一种三维光子晶体结构色色粉及其制备方法

说明书

本发明提供了一种三维光子晶体结构色色粉及其制备方法，其制备方法包括如下步骤：将单分散性的纳米粒子在树脂基体中组装、固化得到结构色薄膜；其中，所述树脂包含组分及其质量百分比为：预聚体0~40%，聚合物单体0.01~50%，引发剂0.001~10%、添加剂0~20%和溶剂0.1~90%；在所得的结构色薄膜浸于保护剂中进行处理，在结构色薄膜表面形成一层保护膜；粉碎所得结构色薄膜，得到所述结构色色粉。本发明的技术方案采用纳米粒子在树脂基体中构筑三维光子晶体，得到的结构色薄膜和结构色色粉具有更加均一和致密的颜色，结构色的组装结构不易被破坏，且具有可控的角度依赖；而且更易实现大面积大规模制备，且制备工艺简单快速，成本低廉，可以很好地适应工业化应用。

技术领域

本发明涉及光子晶体结构色颜料制备技术领域，尤其涉及一种三维光子晶体结构色色粉及其制备方法。

背景技术

和色素色不同，结构色是光线在材料的微观结构中发生选择性的干涉、衍射和散射等作用而产生的一种光学效果。结构色具有高亮度、高饱和度、永不褪色、虹彩效应、角度依赖、偏振效应和绿色环保等特点，在颜色显示领域具有广阔的应用前景。光子晶体是由两种或两种以上的电介质材料在微纳米尺度上周期排列形成的人工微结构，其光子禁带、光子局域等特殊的光学结构使光子晶体能够对光进行调控，并发生布拉格衍射从而形成色彩鲜艳的结构色。

光子晶体结构色主要包括二维光子晶体结构色和三维光子晶体结构色。其中，二维光子晶体具有选材广泛、结构简单、稳定性好、应用价值高的特点，在结构色材料领域有着重要的应用价值，但现有的技术多通过自上而下的方法在小尺寸范围内构筑二维光子晶体，制备过程复杂，设备昂贵，无法实现其大面积均匀制备，且二维光子晶体存在明显的角度依存现象，限制了其在结构色颜料方面的应用。相比而言，三维光子晶体更易大规模大面积通过自组装的方法制备，制备方法简单，并具有可控的角度依赖，最近几年来在结构色薄膜和颜料制备领域有着广泛的应用，但现有的技术多采用重力沉降法、垂直沉降法等微球浸渍自组装技术，普遍存在着制备时间长、材料消耗大和着色不均匀等问题，从而限制了结构色薄膜和颜料的工业生产。因此，寻找一种成本低廉、自组装速度快、制备过程简单的三维光子晶体结构色薄膜制备方法，成为一个亟待解决的科学难题。

相对于将自组装而成的结构色薄膜直接用于应用，将结构色薄膜粉碎得到的一定粒径的色粉可经过喷涂等方式快速成膜，比直接喷涂得到的结构色薄膜颜色和厚度更加均一，或通过丝网印刷等图案化过程制备得到丰富的结构色图案，这极大地扩展了结构色的实现方法和应用场景。另外，在工业应用层面，将三维光子晶体结构色材料制备成一定粒径的结构色色粉可以更好地对接下游应用，但现有的三维光子晶体结构色材料主要集中在结构色墨水和薄膜等方面，而在色粉制备过程中易出现损伤光子晶体结构等问题，使结构色色粉的颜色受到一定程度的影响。因此，如何在制粉的过程中保护三维光子晶体的组装结构不受损伤或破坏，是三维光子晶体结构色色粉能否得到广泛应用需要解决的一大问题。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种三维光子晶体结构色色粉及其制备方法，借助在树脂基体中组装纳米粒子的方法，使结构色薄膜和结构色色粉的制备过程简单快速，成本低廉，可实现规模化生产。在制粉过程中添加保护剂使结构色的组装结构保存完好，颜色保持不变，所得结构色色粉可进一步用于热压、刮涂、喷涂和丝网印刷等技术。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种三维光子晶体结构色色粉的制备方法，其包括如下步骤：

步骤S1，将单分散性的纳米粒子在树脂基体中组装、固化得到结构色薄膜；

其中，所述树脂包含组份及其质量百分比为：预聚体0~40%，聚合物单体0.01~50%，引发剂0.001~10%、添加剂0~20%和溶剂0.1~90%；

步骤S2，将步骤S1所得的结构色薄膜浸于保护剂中，在结构色薄膜表面形成一层保护膜，以防制粉过程破坏色粉结构；