一种高膜基结合力的单层二氧化硅光子晶体的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高膜基结合力的单层二氧化硅光子晶体的制备方法。该方法包括如下步骤：二氧化硅微球改性：将二氧化硅微球、分散剂和改性剂混合后置于摇床上进行摇晃处理；二氧化硅微球转移至玻璃基底；热处理：将玻璃基底置于500～700℃下进行热处理，得到所述高膜基结合力的单层二氧化硅晶体。方法通过使用特定的复合改性剂对二氧化硅微球进行表面改性处理、采用特定的热处理温度对单层二氧化硅微球进行热处理，使得所制备的单层光子晶体在玻璃基底上形成有序密排的单层排列结构，能够与基底结合牢固。

【技术实现步骤摘要】
一种高膜基结合力的单层二氧化硅光子晶体的制备方法
本专利技术涉及光子晶体
，尤其涉及一种高膜基结合力的单层二氧化硅光子晶体的制备方法。
技术介绍
光子晶体是由不同介电常数的介质材料在空间按一定的周期排列的一种人造的晶体材料，由于存在周期性，在其中传播的光波的色散曲线将成带状结构，带与带之间的能量差叫做光子禁带，频率落在禁带中的光是被严格禁止传播的。光子晶体结构色具有色素不具有的高亮度、高饱和度、不褪色等特点与优势，在传感、防伪识别、功能纤维等方面具有广阔的应用前景，是近年来科研领域的热点和前沿科学。由于二维光子晶体在多领域展现出极大的应用前景，又具有结构简单、选材广泛、稳定性好、组装方法多样的特点，所以相关研究备受关注。二维光子晶体是由高、低折射率介质交替堆叠组成的高度有序结构，能够在可见光区有效调控光波传播，已经在抗反射结构、生物模板等方面有广泛应用。二维光子晶体作为一种新型的响应性材料，在传感领域具有广阔的应用前景，外界环境，包含温度、湿度、应变、溶剂、酸碱度或pH、电场、离子等的改变可引起光子带隙移动，当其移动范围位于可见光区内时，材料会表现出颜色变化，达到裸眼可视化检测的目的。而且，二维光子晶体在太阳能电池、防伪标识、图案化、结构色柔性膜、结构色纤维等领域中也都有广泛应用。但是，这些应用都存在局限性，二维光子晶体无论是作为功能性模板还是直接应用，都存在与基底结合力差的问题，亟待解决。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：(1)单层二氧化硅光子晶体与基底结合力较差、(2)微球之间产生容易产生断裂的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种高膜基结合力的单层二氧化硅光子晶体的制备方法，包括如下步骤：(1)二氧化硅微球改性：将二氧化硅微球、分散剂和改性剂混合后置于摇床上进行摇晃处理；(2)二氧化硅微球转移至玻璃基底：将玻璃基底置于水中，将改性后的二氧化硅微球加入水中，利用LB膜分析仪将二氧化硅微球转移至玻璃基底上；(3)热处理：将玻璃基底置于500～700℃下进行热处理，得到所述高膜基结合力的单层二氧化硅晶体。优选地，所述改性剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷和三甲氧基(丙基)硅烷按照1:(2～5)体积比组成的混合物，优选地，体积比为1:4。优选地，所述改性剂的用量标准为：1g二氧化硅微球使用1～5mL改性剂。优选地，将二氧化硅微球、分散剂和改性剂混合后的混合物置于摇床上按照300～1000rpm的转速进行摇晃处理，时间优选为24～30小时。优选地，所述转移过程中维持膜压稳定在20～40mN/m，并且按照1～5mm/min的速率提拉玻璃基底。可选地，所述分散剂选自水、乙醇、丙醇、丁醇中的任一种或多种；优选地，所述分散剂为水。优选地，所述分散剂的用量标准为：1g二氧化硅微球使用10～20mL分散剂。优选地，所述二氧化硅微球的粒径为300～600nm。优选地，所述玻璃基底为经过亲水处理的玻璃基底。优选地，所述亲水处理按照如下方法进行：将玻璃片用染色缸内的卡槽分隔开，再依次用洗涤剂、丙酮、乙醇、超纯水超声清洗，然后置于由浓硫酸和双氧水按照3:1体积比配制成混合液中浸泡，最后进行烘干。有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供的制备方法通过使用特定的复合改性剂对二氧化硅微球进行表面改性处理、采用特定的热处理温度对单层二氧化硅微球进行热处理，使得所制备的单层光子晶体在玻璃基底上形成有序密排的单层排列结构，能够与基底结合牢固，可以应用于减少膜层反射损失、自清洁材料、气体传感器、表面拉曼增强等方面。附图说明图1为实施例一中未经热处理的二氧化硅单层球样品光学照片；图2为实施例一中制得的材料的光学照片；图3为实施例一中未经热处理的二氧化硅单层球经过超声破坏之后的光学照片；图4为实施例一中经过热处理后的二氧化硅单层球经过超声破坏之后的光学照片；图5为不同配比的复合改性剂修改的SiO2微球SEM图；其中，a为1:2，b为1:3，c为1:4，d为1:5；图6为仅氨基修饰的SiO2微球SEM图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种高膜基结合力的单层二氧化硅光子晶体的制备方法，该制备方法包括如下步骤：步骤(1)：二氧化硅微球改性将二氧化硅微球、分散剂和改性剂混合后置于摇床上进行摇晃处理。在一些优选的实施方式中，改性剂采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(3-Aminopropyltriethoxysilane，分子式C9H23NO3Si)和三甲氧基(丙基)硅烷(Trimethoxypropylsilane，分子式C6H16O3Si)按照1:(2～5)体积比组成的混合物。专利技术人在研究中发现，改性剂是影响二氧化硅微球能否在玻璃基底上完成有序密排的一个重要因素。相比于其它的改性剂，本专利技术采用的改性剂同时满足微球能浮于水面、微球间有较强斥力两个条件，在使用过程中可以使二氧化硅微球在玻璃基底上形成有序密排的单层排列结构，而不会出现微球团聚现象。专利技术人发现，3-氨丙基三乙氧基硅烷和三甲氧基(丙基)硅烷的使用比例影响二氧化硅微球在玻璃基底上的微观形貌，优选按照1:(2～5)体积比(例如，可以为1:2、1:3、1:4、1:5)组合使用。更优选按照1:4的体积比组合作为二氧化硅微球的改性剂，此时单层球的有序面积最高达到约20×20个，获得有序密排效果更好的二氧化硅微球的单层球。对于改性剂的用量，本专利技术研究得出的一个较为适宜的用量标准为：1g二氧化硅微球使用1～5mL(例如，可以为1mL、2mL、3mL、4mL、5mL)改性剂。混合时，可以按照本专利技术提供的这一适宜的标准确定所需改性剂的使用量。将二氧化硅微球、分散剂和改性剂混合后的混合物置于摇床上摇晃可以使改性剂和微球充分混合，从而获得更好的改性效果。在该步骤中，本专利技术优选按照300～1000rpm(例如，可以为300rpm、400rpm、500rpm、600rpm、700rpm、800rpm、900rpm、1000rpm)的转速进行摇晃处理，时间优选为24～30小时(例如，可以为24小时、25小时、26小时、27小时、28小时、29小时、30小时)。。对于分散剂，本专利技术所用的分散剂可以选自水、乙醇、丙醇、丁醇中的任一种或多种。对于本专利技术期望制备的单层二氧化硅微球光子晶体来说，采用水为分散剂可以获得较好的制备效果。对于分散剂的用量，本专利技术研究得出的一个较为适宜的用量标准为：1g二氧化硅微球使用10～20mL(例如，可以为10mL、11mL、12mL、13mL、14mL、15mL、16mL、17mL、18mL、19mL、20mL)分散剂。混合时，可以按照本专利技术提供的这一适宜的标准确定所需分散剂的使用量。在一些优选的实施方式中，本专利技术还限定了所用的二氧化硅微球的粒径为300～600nm。需要说明的是，本专利技术所用的二氧化硅微球可以采用市售产品，也可以按照现有制备方法制得的产品。另外，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高膜基结合力的单层二氧化硅光子晶体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)二氧化硅微球改性：将二氧化硅微球、分散剂和改性剂混合后置于摇床上进行摇晃处理；(2)二氧化硅微球转移至玻璃基底：将玻璃基底置于水中，将改性后的二氧化硅微球加入水中，利用LB膜分析仪将二氧化硅微球转移至玻璃基底上；(3)热处理：将玻璃基底置于500～700℃下进行热处理，得到所述高膜基结合力的单层二氧化硅晶体。

【技术特征摘要】
1.一种高膜基结合力的单层二氧化硅光子晶体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)二氧化硅微球改性：将二氧化硅微球、分散剂和改性剂混合后置于摇床上进行摇晃处理；(2)二氧化硅微球转移至玻璃基底：将玻璃基底置于水中，将改性后的二氧化硅微球加入水中，利用LB膜分析仪将二氧化硅微球转移至玻璃基底上；(3)热处理：将玻璃基底置于500～700℃下进行热处理，得到所述高膜基结合力的单层二氧化硅晶体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷和三甲氧基(丙基)硅烷按照1:(2～5)体积比组成的混合物，优选地，体积比为1:4。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述改性剂的用量标准为：1g二氧化硅微球使用1～5mL改性剂。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将二氧化硅微球、分散剂和改性剂混合后的混合物置于摇床上按照300～1000rpm的转速进行摇...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘磊，林强，曹康丽，刘刚，赵九蓬，李垚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，上海卫星装备研究所，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23