通过形变显现的图案隐形的胶体晶印刷物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种通过形变来显现的图案隐形的胶体晶印刷物及其制备方法，在无形变下，所述印刷物上的图案与背景保持相同的结构色，图案隐藏不可见；当印刷物受到挤压或拉伸而发生形变时，图案与背景呈现出不同的结构色，从而使隐形图案显现；当形变消除后，图案可恢复至隐形状态。本发明专利技术涉及的图案隐形的胶体晶印刷物在防伪标记、身份识别、信息加密领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
通过形变显现的图案隐形的胶体晶印刷物及其制备方法和应用
本专利技术属于胶体光子晶体制备、胶体晶印刷及防伪
，尤其涉及通过形变显现的图案隐形的胶体晶印刷物及其制备方法和应用。
技术介绍
“智能响应胶体光子晶体”和“胶体晶印刷”是当前化学与材料前沿交叉领域的两个研究热点。智能响应胶体晶是一种能在外部条件触发下改变自身结构色的新型材料，可应用于产品外包装，物理、化学、生物检测中的比色传感器，防反光显示屏，防伪标签，太阳能电池等实用领域。胶体晶印刷术正是将上述基础研究成果转化为实用器件的重要手段。目前胶体晶印刷主要采用两类方法，一种是以胶体溶液作为墨水，通过喷墨打印的方式在基底上进行胶粒的原位组装，形成图案为具有结构色的胶体晶，背景为不具有结构色的玻璃或塑料基底的胶体晶印刷物。另一种是在已制备的胶体晶纸张上，通过调整光子晶体结构，形成图案与背景区域结构色不同的胶体晶印刷物。目前，国际上已经报道了两种以聚合物为基质的图案隐形的胶体晶印刷物。第一种通过将印刷物浸润在水中使图案显现。它的原理是胶体晶印刷物上的图案与背景区域具有不同的疏水特性或化学交联度，使得两者在水中的溶胀程度不同，从而使两者晶格常数及结构色产生巨大差异，图案因此显现。第二种通过磁场作用使图案显现。它的原理是胶体晶印刷物上的图案与背景区域分别是能够进行动态磁组装的磁颗粒分散液以及不能进行磁组装的磁颗粒粉体。当施加外磁场后，前者迅速组装成胶体晶显示结构色，而后者保持磁性氧化铁颗粒本质的棕褐 色，从而使隐形图案显现。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种全新的通过形变显现的图案隐形的胶体晶印刷物及其制备方法和应用。本专利技术胶体晶印刷物有形变时图案显现、无形变时图案隐藏，环保无毒、响应迅速、操作便捷。本专利技术通过形变显现的图案隐形的胶体晶印刷物，其为胶体晶聚合物复合材料，具有结构色，且具有弹性；其包括背景区域以及至少一个图案区域；当所述胶体晶印刷物无形变时，所述图案区域与所述背景区域呈现相同的结构色，图案隐匿不可见；当所述胶体晶印刷物受到挤压或拉伸而发生形变时，所述图案区域与所述背景区域呈现不同的结构色，从而使隐形图案显现；当形变消除后，所述图案区域与所述背景区域恢复至相同的结构色，图案隐匿不可见。其中，所述隐形图案的显现及隐藏与施加的形变实时同步，且能够多次重复。其中，所述图案区域设置在所述背景区域内，所述图案区域与所述背景区域之间具有聚合物基体交联度的差异。该聚合物基体交联度的差异是在胶体晶印刷物的制备过程中形成:制备过程第2步中，首先采用体积为30微升的乙二醇和聚(乙二醇)双丙烯酸酯的混合液(两者体积比1:1)浸润面积为1.5cm2的胶体晶聚合物复合材料。其中聚(乙二醇)双丙烯酸酯为交联剂。制备过程第4步中，在光掩膜保护下，采用紫外辐照制备隐形图案。其中背景区域被光掩膜遮挡，未发生交联，胶体晶聚合物复合材料的形变变色能力保持不变；而图案区域未被光掩膜遮挡，发生了交联反应，胶体晶聚合物复合材料的形变变色能力大幅减弱。其中，所述胶体晶印刷物包括胶体晶聚合物复合材料、交联剂、以及硅橡胶基底。所述胶体晶聚合物复合材料为SiOJ交体颗粒有序排列在乙二醇及聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯聚合物基体中的形成的复合材料。所述交联剂可选择聚(乙二醇)双丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等丙烯酸酯类交联剂，其中优选聚(乙二醇)双丙烯酸酯。所述娃橡胶基底为掺入纳米碳粉的Dow Corning公司的Sylgardl84透明硅橡胶。本专利技术还提供了所述通过形变显现的图案隐形的胶体晶印刷物的制备方法，运用影印石版术、光掩膜及光聚合过程，制造在胶体晶聚合物复合材料上的图案区域与背景区域之间的聚合物基体交联度差异，造成图案区域与背景区域的胶体晶形变变色能力不同，从而制备得到所述胶体晶印刷物，实现隐形图案在形变下的显现。本专利技术制备过程可概述为:使用交联剂溶液浸泡溶胀具有形变变色特性的弹性胶体晶纸张，运用影印石版术将光掩膜上的图案印制到胶体晶纸张上，图案与背景由于光掩膜的选择性保护而呈现出不同的交联度和形变变色能力。其中影印石版术是指利用光线将光掩膜上的图案拓印到基底上的过程。光掩膜是指能够对紫外光产生有效遮挡的材料。光聚合过程是聚合物单体在紫外光或可见光引发的情况下，通过链反应形成聚合物的过程。本专利技术制备方法，具体包括如下步骤:(I)胶体晶聚合物复合材料的制备:将SiO2胶体颗粒分散在乙醇中，并与乙二醇、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯及光引发剂混合；90°C下将混合液中的乙醇挥发完全，冷却后获得SiO2胶粒在乙二醇与聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯中的过饱和溶液；取前述溶液制成厚度为170 μ m的液膜，静置，经紫外光辐照，制得所述胶体晶聚合物复合材料；(2)浸润:所述胶体晶聚合物复合材料置于乙二醇和聚(乙二醇)双丙烯酸酯的混合液中浸润；(3)基底的制备:室温下将纳米碳粉与透明硅橡胶预聚液混合，60°C下加热固化，制得柔软弹性的黑色硅橡胶基底；(4)隐形图案的印制:将浸润后的胶体晶聚合物复合材料平铺于所述基底上；将带有图案的光掩膜置于胶体晶聚合物复合材料上，紫外灯辐照后，移除光掩膜，制得所述通过形变显现的图案隐形的胶体晶印刷物。 在上述步骤(4)中，浸润有交联剂聚(乙二醇)双丙烯酸酯的胶体晶聚合物复合材料，在光掩膜的作用下仅有部分区域发生交联反应。其中背景区域被光掩膜遮挡，未发生交联，胶体晶聚合物复合材料的形变变色能力保持不变；而图案区域未被光掩膜遮挡，发生了交联反应，胶体晶聚合物复合材料的形变变色能力大幅减弱。这就使得在形变发生时，两个区域的结构色产生很大的差异(指示结构色的反射波长差达到30nm以上)，使隐形图案显现。在无形变时，尽管两者交联度不同，但它对初始结构色的影响不大，因此图案区域与背景区域的结构色相同。制备此类材料的关键在于，在胶体晶聚合物复合材料上构建具有特定分布的、物理或化学性质不同的两块区域(图案区域与背景区域)，使其在通常状态下具有无或很小的胶体晶结构差异(指胶体晶晶格常数、折射率、晶体取向等特征)，且图案隐藏不可见；当外部条件触发时，图案与背景区域发生不对称的响应，使胶体晶结构差异放大，从而使图案显现。上述制备方法符合这一原理。本专利技术还提供了一种显现及隐匿胶体晶印刷物上的隐形图案的新方法，即通过形变来显现胶体晶印刷物上的隐形图案，通过消除形变来实现隐形图案的隐匿。这是因为图案区域与背景区域之间的聚合物基体交联度存在差异，两者的形变变色能力也不同，无形变时两部分结构色相近，有形变时结构色差异变大。本专利技术还提供了所述通过形变显现的图案隐形的胶体晶印刷物在用作防伪标志物、防伪标签等各类防伪技术或产品中的应用。本专利技术中，胶体晶材料的结构色特征是通过数码相片及落射式暗场光学显微镜照片来表征；反射光谱是通过光纤光谱仪在反射模式下测得；光聚合所使用的紫外灯辐照波长 365nm,功率 4.8mff / cm2。本专利技术所述的通过形变显现的图案隐形的胶体晶印刷物及制备方法，是本专利技术人突破现有技术(如智能响应胶体晶技术和胶体晶印刷技术)的局限，创造性地整合获得的。与传统智能响应胶体晶材料相比，它不仅具有其晶体结构、结构色随外部环境变化而变化的特质，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过形变显现的图案隐形的胶体晶印刷物，其特征在于，其为胶体晶聚合物复合材料，具有结构色，且具有弹性；其包括背景区域以及至少一个图案区域；当所述胶体晶印刷物无形变时，所述图案区域与所述背景区域呈现相同的结构色，图案隐匿不可见；当所述胶体晶印刷物受到挤压或拉伸而发生形变时，所述图案区域与所述背景区域呈现不同的结构色，从而使隐形图案显现；当形变消除后，所述图案区域与所述背景区域恢复至相同的结构色，图案隐匿不可见。

【技术特征摘要】
1.通过形变显现的图案隐形的胶体晶印刷物，其特征在于，其为胶体晶聚合物复合材料，具有结构色，且具有弹性；其包括背景区域以及至少一个图案区域；当所述胶体晶印刷物无形变时，所述图案区域与所述背景区域呈现相同的结构色，图案隐匿不可见；当所述胶体晶印刷物受到挤压或拉伸而发生形变时，所述图案区域与所述背景区域呈现不同的结构色，从而使隐形图案显现；当形变消除后，所述图案区域与所述背景区域恢复至相同的结构色，图案隐匿不可见。2.如权利要求1所述的胶体晶印刷物，其特征在于，所述隐形图案的显现及隐藏与施加的形变实时同步，且能够多次重复。3.如权利要求1所述的胶体晶印刷物，其特征在于，所述图案区域与背景区域之间具有聚合物基体交联度的差异。4.如权利要求1所述的胶体晶印刷物，其特征在于，所述胶体晶印刷物包括胶体晶聚合物复合材料、交联剂、以及硅橡胶基底。5.通过形变显现的图案隐形的胶体晶印刷物的制备方法，其特征在于，运用影印石版术、光掩膜及光聚合过程，制造所述图案区域与背景区域的聚合物基体交联度差异，造成图案区...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛建平，叶思云，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31