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CN107201690A - 一种利用微球制备结构色涂层的方法 - Google Patents

一种利用微球制备结构色涂层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种利用微球制备结构色涂层的方法，包括步骤：(1)将聚苯乙烯(PS)微球、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)微球、二氧化硅(SiO2)微球、由聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲脂为基体修饰的微球分散于水中，形成微球的水分散液；(2)将微球的水分散液雾化成雾气，并将需要被染色的基底置于所述雾气中雾化；(3)将雾化后的基底在40‑60℃下干燥，基底上形成结构色涂层。本发明的方法成本低廉，简便易行，在显示、传感及材料的着色领域具有广阔的应用前景。

Description

一种利用微球制备结构色涂层的方法
技术领域
本发明涉及一种结构色涂层的制备方法，尤其涉及一种利用微球制备结构色涂层的方法。
背景技术
结构色是一种物理生色机制，是通过光与微观结构发生干涉、衍射、散射等一系列相互作用而形成颜色的现象。在于自然界中，雨后的彩虹，蛋白石，一些鸟类的羽毛以及部分昆虫等等，其艳丽的颜色都是源于结构色。不同于染料、颜料等色素发色机制，结构色只要微观结构不被破坏，就能保持永不褪色。同时，它避免了化学染色带来的环境污染，在纤维、化妆品、显示材料及传感器等领域具有广阔的应用前景。
目前结构色的制备方法大致分为机械加工、激光刻蚀以及胶体自组装等，其中胶体自组装由于其简便高效，是目前应用最为广泛的方法。单分散二氧化硅(SiO2)和聚苯乙烯(PS)微球是最常用的制备结构色光子晶体的材料。角度依赖性是由于周期性的有序结构对不同波长的光的反射或散射作用至不同的方向，从而会在不同的角度观察到不同的颜色，这对于显示、传感等领域的应用是非常不利的。因此从组装方法入手得到一种短程有序长程无序的结构，制备出无角度依赖性的结构色具有重要的意义。通过常用的自组装方法如自然沉降法、离心沉淀法以及垂直生长法等往往得到的都是整齐有序的周期结构，颜色具有较大的角度依赖性，而且这些方法对模板或基底的要求比较苛刻，往往都是光滑平整表面，在实际应用中大大受限。即便是通过在胶体微球中掺杂一些如黑色染料等物质，对非禁带光的强烈吸收来达到提高材料色彩强度，但其掺杂比例仍然需要严格控制，在制备方法上缺乏一定的简便性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供了一种雾化微球分散液制备结构色涂层的方法。
本发明的一种利用微球制备结构色涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚苯乙烯(PS)微球、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)微球、二氧化硅(SiO2)微球或由聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲脂为基体修饰的微球分散于水中，形成一定浓度的微球的水分散液，浓度没有特定要求，优选微球的质量分数为2-10％。
(2)通过超声式或压缩空气式雾化器将微球的水分散液雾化成雾气，并将待染色的基底置于所述雾气中雾化，雾化时间可调。
(3)在40-60℃的烘箱中烘干雾化后的基底，为避免基底上有大量水汽冷凝，每隔3-5min将基底放烘箱中烘干，最后重复几次即可，在所述基底表面形成结构色涂层，如果颜色较淡，可以再次雾化，可以根据需要反复雾化、烘干若干次，以达到比较好的效果。
进一步的，步骤(1)中，所述微球直径为100-400nm。
进一步的，步骤(1)中，所述修饰为接枝、共聚和羟基化中的一种或几种。
进一步的，步骤(2)中，雾化时间10-30min。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明提出一种直接雾化胶体微球水分散液的方法，使纳米微球能够分散到特定表面形成短程有序，长程无序的结构；最终，这种结构呈现的颜色没有角度依赖性；同时该方法成本低廉，简便易行，在显示、传感及材料的着色领域具有广阔的应用前景。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的实施例1中所用205nmSiO2微球的SEM照片图(a)，在牛皮纸基底上所得的无角度依赖结构色涂层的分别于15°、30°、45°、60°、75°的光学照片对比图(b)，表面形貌扫描电镜图(c)和不同角度反射光谱图(d)；
图2是本发明的实施例2中所用205nmSiO2微球的SEM照片图(a)，在黑棉布基底上所得的结构色涂层的光学照片图；
图3是本发明的实施例3中所用300nmSiO2微球的SEM照片图(a)，(b)是在黑牛皮纸基底上所得的结构色涂层的光学照片图；
图4是本发明的实施例4中所用180nm聚苯乙烯微球的SEM照片图(a)，(b)是在黑牛皮纸基底上所得的结构色涂层的光学照片图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
利用SiO2微球制备结构色涂层，包括以下步骤：
制备10ml质量分数为10％的直径为205nm的SiO2微球的水分散液，装入普通医用超声雾化器(邦力健超声雾化器mini Air 360)，以普通黑色牛皮纸为基底，放置于雾化的气体中，然后每隔3-5min放置于60℃烘箱中烘干，重复几次总雾化时长20min，最终得到无角度依赖性的蓝绿色结构色涂层。
如图1(a)所示，为本实施例中所用的SiO2微球的SEM照片；图1b是本实施例得到的以牛皮纸为基底的结构色涂层在不同观察角度下的光学照片，裁剪尺寸为3cm*3cm；图1c是本实施例得到的结构色涂层的扫描电子显微镜照片，可以清楚的看到SiO2短程有序，长程无序的结构，以及图1d中不同角度反射光谱图，可以看到光谱无明显区别，表明颜色无角度依赖性。
实施例2
利用SiO2微球制备结构色涂层，包括以下步骤：
制备10ml质量分数为10％的直径为205nm的SiO2微球(图1a)的水分散液，装入普通医用超声雾化器(邦力健超声雾化器mini Air360)，以普通黑色棉布为基底，放置于雾化的气体中，然后每隔3-5min放置于60℃烘箱中烘干，重复几次后，总雾化时长为30min，最终得到如图2所示的无角度依赖性的蓝绿色结构色涂层，这表明用该种雾化的方法可以对多种不同的基底进行着色，具有较广的适用性。
实施例3
利用SiO2微球制备结构色涂层，包括以下步骤：
制备10ml质量分数为10％的直径为300nm的SiO2微球(图3a)的水分散液，装入普通医用超声雾化器(邦力健超声雾化器mini Air360)，以普通黑色牛皮纸为基底，放置于雾化的气体中，然后每隔3-5min放置于60℃烘箱中烘干，重复几次，总雾化时长为30min，最终得到如图3b所示的无角度依赖性的紫色结构色涂层，这表明选择不同尺寸的纳米微球，可以得到不同颜色的结构色涂层，能够覆盖较宽的颜色范围，具有较高的实际应用价值。
实施例4
利用聚苯乙烯(PS)微球制备结构色涂层，包括以下步骤：
制备10ml质量分数为2％的直径为180nm的PS微球(图4a)的水分散液，装入普通超声雾化器，以普通黑色牛皮纸为基底，放置于雾化的气体中，然后每隔3-5min放置于60℃烘箱中烘干，重复几次，总雾化时长为30min，最终得到如图4b所示的无角度依赖性的浅蓝色结构色涂层。这表明这种方法对多种纳米微球都有一定的适用性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种利用微球制备结构色涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲脂微球、二氧化硅微球、由聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲脂为基体修饰的微球分散于水中，形成微球的水分散液；
(2)将微球的水分散液雾化成雾气，并将待染色的基底置于所述雾气中雾化；
(3)在40-60℃下干燥雾化后的基底，在所述基底的表面形成结构色涂层。
2.根据权利要求1所述的利用微球制备结构色涂层的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述微球直径为100-400nm。
3.根据权利要求1所述的利用微球制备结构色涂层的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述修饰为接枝、共聚和羟基化中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的利用微球制备结构色涂层的方法，其特征在于：步骤(2)中，雾化时间10-30min。
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