光子晶体微球制造技术

本发明专利技术公开了一种光子晶体微球，该光子晶体微球包含：多个单分散聚合物粒子，其为其间具有间隙的密集堆积且规则有序的结构，从而形成光子晶体微球；以及容纳于该间隙中的共组装材料。光子晶体微球提供强度有所增强的结构和良好的色彩效果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术公开了一种光子晶体微球，该光子晶体微球包含：多个单分散聚合物粒子，其为其间具有间隙的密集堆积且规则有序的结构，从而形成光子晶体微球；以及容纳于该间隙中的共组装材料。光子晶体微球提供强度有所增强的结构和良好的色彩效果。【专利说明】光子晶体微球
本专利技术涉及包含多个单分散粒子和共组装材料的光子晶体微球。本专利技术涉及制备 光子晶体微球的方法和包含所述光子晶体微球的光子晶体颜料。
技术介绍
已知由单分散粒子构成的光子晶体微球因其中单分散粒子的周期性排列而产生 色彩效果。特别地，多个单分散粒子组装成密集堆积且规则有序的结构，从而形成一个光子 晶体微球。这种高度组织化的结构(单分散粒子的尺寸在可见光的波长范围内）选择性地衍 射特定波长，因此呈现出对应于衍射波长的颜色。可以通过调节结构中的折射率，改变单分 散粒子的材料或粒度等来优化色彩效果。 还已知使用具有色彩效果的光子晶体微球作为着色颜料来制备各种产品，例如油 漆、墨、塑料。然而，此种作为着色颜料的用法为光子晶体微球特别是其结构强度带来了挑 战。在未获得一定水平的机械强度的情况下，由单分散粒子形成的周期性结构，特别是在例 如典型混合过程中受到力时可容易地损坏(例如瓦解）。在结构损坏的情况下，光子晶体微 球不能可靠地递送期望的色彩效果。 -个报道的增大机械强度的方法包括将第二较小粒子作为粘结剂添加到单分散 粒子之间的空间中，以将微球结构保持在一起。然而，该方法并未充分考虑这些第二较小粒 子有效分散于空间（即最小化空隙）内的能力。第二较小粒子的较差分散性不可显著地改善 结构强度，并且甚至在一些情况下使结构强度变得更差。因此，需要这样一种光子晶体微球，其具有强度增强的结构并维持期望的色彩效 果(例如，保持预先确定的色彩保真性）。 本专利技术的优点在于提供这样的光子晶体微球，其允许纯色（即在限定波长内）贯穿 整个可见光谱而无视角依赖性。 本专利技术的另一个优点在于提供制备光子晶体微球和/或光子晶体颜料和/或包含 所述光子晶体微球的光子晶体颜料的有效而大规模的生产方法。 本专利技术的又一个优点在于为各种产品提供机械强度有所改善的光子晶体颜料，否 则可能因通常与产品制造过程相关的机械应力而无法提供。
技术实现思路
本专利技术涉及光子晶体微球，其包含： a)各自具有IOOnm至1500nm的粒度的多个单分散聚合物粒子，所述多个单分散聚 合物粒子为其间具有间隙的密集堆积且规则有序的结构，从而形成具有Iym至1000 ym的粒 度的光子晶体微球;以及 b)容纳于所述间隙中的共组装材料。 在另一个方面中，本专利技术涉及制备前述光子晶体微球的方法，该方法包括： a)制备液体溶液，该液体溶液包含:液体介质和共组装材料或共组装材料前体； b)使多个单分散聚合物粒子分散于液体溶液中以形成分散体;以及 c)优选地通过喷雾干燥、微流体方法或喷墨印刷从分散体中除去液体介质，从而 形成光子晶体微球。 在另一个方面中，本专利技术涉及光子晶体颜料，其包含一个或多个前述光子晶体微 球。 在另一个方面中，本专利技术涉及前述光子晶体颜料作为着色颜料用于制备产品的用 途，该产品选自油漆、墨、染料、塑料制品、橡胶制品、陶瓷、化妆品、标记、包装等。【附图说明】 图1示出实例IA、实例IB和实例2的光子晶体微球的光谱。图2A是200倍的光学显微镜(OM)图像，其示出在摩擦测试前实例IA的光子晶体微 球的可视颜色。图2B是200倍的OM图像，其示出在摩擦测试前实例IB的光子晶体微球的可视颜色。 图2C是200倍的OM图像，其示出在摩擦测试前实例2的光子晶体微球的可视颜色。 图3A是2000倍的扫描电镜（SEM)图像，其示出在摩擦测试前实例IA的光子晶体微 球的结构。图3B是2000倍的SEM图像，其示出在摩擦测试前实例IB的光子晶体微球的结构。 图3C是2000倍的SEM图像，其示出在摩擦测试前比较例2的光子晶体微球的结构。 图4A是10000倍的SEM图像，其示出在摩擦测试前实例IA的光子晶体微球的结构。 图4B是10000倍的SEM图像，其示出在摩擦测试前实例IB的光子晶体微球的结构。 图4C是10000倍的SEM图像，其示出在摩擦测试前比较例2的光子晶体微球的结构。 图5A是2000倍的SEM图像，其示出在摩擦测试后实例IA的光子晶体微球的结构。 图5B是2000倍的SEM图像，其示出在摩擦测试后实例IB的光子晶体微球的结构。 图5C是2000倍的SEM图像，其示出在摩擦测试后比较例2的光子晶体微球的结构。 图6A是10，000倍的SEM图像，其示出在摩擦测试后实例IA的光子晶体微球的结构。 图6B是10，000倍的SEM图像，其示出在摩擦测试后实例IB的光子晶体微球的结构。 图6C是10000倍的SEM图像，其示出在摩擦测试后比较例2的光子晶体微球的结构。【具体实施方式】在本专利技术中，已令人惊奇地发现，通过选择特定类型的单分散粒子(即单分散聚合 物粒子)与添加到粒子之间的间隙中的共组装材料的组合，共组装的光子晶体微球提供增 强的结构强度以及期望持久的色彩效果(例如维持预先确定的色彩保真性）。不希望受理论 约束，据信由于单分散聚合物粒子的相对弹性性质（相比于单分散无机粒子，诸如二氧化 硅），用于本专利技术的单分散聚合物粒子允许更密集堆积的组装，因此形成结构更强的光子晶 体微球。此外，共组装材料添加到间隙中进一步增强结构。不希望受理论约束，据信共组装 材料提供化学网络以使密集堆积的单分散聚合物粒子保持在一起，从而改善结构强度。即 使在经受机械应力后，强化的结构仍维持期望的色彩效果。此外，本文的光子晶体微球可允许纯色贯穿整个可见光谱而无视角依赖性。"纯 色"定义为特定波长范围的光子所产生的颜色，而非由三个或更多个基色组成的合成色。特 别地，光子晶体微球（以及包含多个光子晶体微球的光子晶体颜料)的色彩效果由以下精确 地控制：i)调节其中单分散聚合物粒子的粒度;ii)改变单分散聚合物粒子的材料和共组装 材料的材料（由此调节两者之间的折射率差值）；i i i)和/或选择特定类型的制备方法。不希 望受理论约束，本专利技术的一些共组装材料可占据间隙以使空隙最小化。因此，可存在关于结 构强度和/或色彩保真性的有益效果。 ^文所用，本文术语"光子晶体微球"是指由单分散粒子的周期性组装所产生的 微球，显示出可归因于由其周期性结构所引起的光衍射的可见颜色。本文术语"单分散粒 子"是指相对均一尺寸的粒子，其形成这样一种周期性结构:选择性地衍射特定波长的可见 光，并因此使光子晶体微球呈现出对应于衍射波长的可见颜色。如本文所用，单分散粒子由 聚合物即单分散聚合物粒子(相比于单分散无机粒子诸如二氧化硅)制成。在光子晶体微球 中，单分散粒子是密集堆积且规则有序的，即粒子彼此相互接触地排列以形成微球。具有密 集堆积且规则有序的单分散粒子的此类光子晶体微球通常在美国专利No. 6，818，051Β2，特 别是第2栏第6行及以下有所描述。此外，不可避免地，光子晶体微球的单分散粒子之间存在 空间（因为粒子通常为球形），其中所述空间在本专利技术中称为"间隙"。 如本文所用，本文术语"共组装材料"是指容纳于间隙中的材料，即部分或完全地 (但优选完全地）占据间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子晶体微球，其包含：a)各自具有100nm至1500nm的粒度的多个单分散聚合物粒子，所述多个单分散聚合物粒子为其间具有间隙的密集堆积且规则有序的结构，从而形成具有1μm至1000μm的粒度的所述光子晶体微球；以及b)容纳于所述间隙中的共组装材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明珠，杨强，宋延林，王利彬，杨靓，王平，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，宝洁公司，
类型：发明
国别省市：北京;11