一种多功能光子晶体纸及其制备方法技术

本发明专利技术属于光子晶体显示技术领域，尤其涉及一种多功能光子晶体纸及其制备方法，其包括以下步骤：配制醋酸纤维素溶液，将其与分散有超顺磁Fe3O4@PAA光子晶体纳米链的聚乙二醇溶液混合，配成铸膜液；将铸膜液流延到基板上，施加磁场使铸膜液呈现超顺磁性Fe3O4@PAA光子晶体纳米链结构色，于恒温恒湿下反应得到多功能光子晶体纸。本发明专利技术具有以下的主要优点：具有可逆的磁致擦写与热致显隐功能，具有多功能；自显示时间可通过温度和PEG分子量的改变进行调节；显隐温度和显隐次数可根据需要进行调整。显隐温度可通过PEG分子量进行调节，显隐次数通过改变CA的含量进行控制。

Multifunctional photonic crystal paper and preparation method thereof

The invention belongs to the field of photonic crystal display technology, especially relates to a multifunctional photonic crystal paper and its preparing method, which comprises the following steps: preparing cellulose acetate solution, the mixture of super paramagnetic Fe3O4@PAA photonic crystal nanometer chain of polyethylene glycol solution and dispersed into the casting solution; the casting liquid to the substrate on the applied magnetic field made of casting solution superparamagnetic Fe3O4@PAA photonic crystal nano chain structure in color, constant temperature and humidity under the reaction of multifunctional photonic crystal paper. The main advantages of the invention are as follows: magnetic and thermal reversible by writing explicit implicit function has multiple functions; since the display time can be adjusted by changing the temperature and the molecular weight of PEG; explicit and implicit explicit implicit times and temperature can be adjusted according to the needs. The sensible temperature can be adjusted by the PEG molecular weight, and the number of the significant changes can be controlled by changing the content of CA.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光子晶体显示
，尤其涉及一种多功能光子晶体纸及其制备方法。
技术介绍
纸作为信息载体在传播文化、信息保护等方面发挥着重要的作用。传统纸价格便宜、可视性好，但重复利用性差，大量经打印或复印的纸张在一次阅读后被丢弃，造成了资源浪费和环境破坏。因此研究者开始致力于可重复利用的光子晶体纸的开发。如：德国《先进材料》(Adv.Mater.2003年，第11卷，892页)报道了嵌有蛋白石结构的聚二甲基硅氧烷光子纸，硅油作为墨水，利用书写区与背景区溶胀程度不同导致晶格间距差异，从而显现不同的结构色，开发了具有擦写功能的光子晶体纸。英国皇家学会的《材料化学杂志C》(J.Mater.Chem.C2013年,第1卷,6151页)报道了一种基于超顺磁Fe3O4@SiO2纳米链的光子晶体墨水，通过施加和撤除外加磁场完成书写与擦除功能，由于纳米链分散在较高粘度的丙三醇中，撤除磁场后能够暂时维持光子晶体结构色。我国专利技术专利《一种隐形光子晶体印刷方法》(公开号:102874002A)提供一种隐形光子晶体印刷方法，印刷物在干燥状态下背景和图案之间的衍射波长差别很小，图案不可见。浸入水中，溶胀后的衍射波长差异较大，使得图案显现。可见，目前制备的光子晶体纸的擦除和显隐功能均基于外场对光子晶体带隙的调控，因此不能同时兼具多种功能，不能展现传统纸张的多种用途。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有光子晶体纸功能单一问题，为此提供一种兼具可逆擦写与显隐功能的多功能光子晶体纸及其制备方法。本专利技术所要解决问题可以通过以下技术方案解决：一种多功能光子晶体纸，其包括醋酸纤维素(CA)多孔膜，所述的醋酸纤维素(CA)多孔膜的膜微孔中填充有磁性光子晶体纳米链的聚乙二醇(PEG)分散液。所述的光子晶体纸利用超顺磁光子晶体纳米链对外加磁场的响应性完成擦写功能，借助热致相变材料PEG的粘度和透明度对温度的依赖性以及受限空间对磁性纳米链运动的阻碍性，本专利技术所述的光子晶体具有磁致擦写与热致显隐多功能。按上述方案，所述磁性光子晶体纳米链为超顺磁Fe3O4@PAA光子晶体纳米链，所述聚乙二醇的分子量为600～2000。一种多功能光子晶体纸的制备方法，其特征在于包括以下步骤：配制醋酸纤维素溶液，将其与分散有超顺磁Fe3O4@PAA光子晶体纳米链的聚乙二醇溶液混合，配成铸膜液；将铸膜液流延到基板上，施加磁场使铸膜液呈现超顺磁性Fe3O4@PAA光子晶体纳米链结构色，于恒温恒湿下反应得到多功能光子晶体纸。按上述方案，所述的超顺磁Fe3O4@PAA光子晶体纳米链的制备方法是：将超顺磁性四氧化三铁纳米粒子分散到丙烯酸(AA)的预聚液中，磁化后保持磁场不变同时采用紫外光引发聚合，得到超顺磁Fe3O4@PAA光子晶体纳米链。按上述方案，所述醋酸纤维素溶液的质量分数为5％-10％，醋酸纤维素与聚乙二醇的质量之比为1:9-1:2.按上述方案，所述磁场施加于铸膜液正上方。按上述方案，恒温恒湿条件为：温度55℃～65℃，湿度70％～80％RH。按上述方案，反应时间为2.5h～3.5h。所述多功能光子晶体纸的应用方法，其特征在于将模板磁铁置于于多功能光子晶体纸下方，相应的模板被写入光子晶体纸；施加与纸面平行的磁场模板被擦除；降低温度至PEG相转变温度以下，光子晶体纸失去透明性，写入的模板被隐藏，升高温度至PEG相转变温度以上光子纸恢复透明性，模板重新显示。按上述方案，所述的光子晶体纸模板显示时间可通过环境温度和PEG分子量调节；显隐次数取决于光子纸晶体纸中CA的含量。本专利技术与现有技术相比具有以下的主要优点：一、本专利技术所涉及的光子晶体纸具有可逆的磁致擦写与热致显隐功能，具有多功能；二、本专利技术所涉及光子晶体纸自显示时间可通过温度和PEG分子量的改变进行调节；三、本专利技术所制备的多功能光子晶体纸的显隐温度和显隐次数可根据需要进行调整。显隐温度可通过PEG分子量进行调节，显隐次数通过改变CA的含量进行控制。附图说明图1为本专利技术的实施例1中光子晶体纳米链的场发射扫描电镜图像；图2为本专利技术的实施例1中光子晶体纳米链的在磁场下的光学显微镜暗场图；图3(a)为本专利技术的实施例2中光子晶体纸在磁场下的光学照片；(b)为光子晶体纸亚层场发射扫描电镜照片；(c)为光子晶体纸断面场发射扫描电镜照片；(d)为光子晶体纸用水清洗后亚层的场发射扫描电镜照片；图4为本专利技术实施例2中光子晶体纸的红外光谱图；图5为本专利技术实施例2中光子晶体纸、聚乙二醇、分散有光子晶体链的聚乙二醇的差热分析曲线。图6为本专利技术实施例2中不同结构色的光子晶体纸在磁场下的反射光谱图和对应的光学照片；图7为本专利技术实施例3中光子晶体纸在18℃下撤除磁场后的反射光谱图及其峰强随时间变化图；图8①为本专利技术实施例4中施加平行磁场的光谱图，②为本专利技术实施例5中温度从18℃降到4℃后的光谱图，③为本专利技术实施例5中温度从4℃升高到18℃的光谱图，图9为本专利技术实施例4中光子晶体纸对应的光学照片；图10为本专利技术实施例3中光子晶体纸在不同温度下撤除磁场后的反射峰强随时间变化图；图11为本专利技术实施例5中不同PEG分子量的光子晶体纸在撤除磁场后的反射峰强随时间变化图；图12为本专利技术实施例5中不同PEG分子量的光子晶体纸的差热分析曲线；图13为本专利技术实施例6中不同CA含量的光子晶体纸的反射峰强随时间变化图；图14为本专利技术实施例7中不同CA含量的光子晶体纸亚层的场发射扫描电镜图；图15为本专利技术实施例8中CA质量分数为30％的光子晶体纸在不同温度、不同时间下撤除磁场后的反射光谱图；图16为本专利技术实施例9中CA质量分数为30％的光子晶体纸在温度从18℃降到4℃，再升温到18℃的反射光谱图；图17为本专利技术实施例10中所得光子晶体纸的数码光学照片。具体实施例下面结合实施例及附图对本专利技术做进一步说明，但不限定本专利技术。实施例1参考专利技术专利《光子带隙可调的柔性光子纳米链及其制备方法和应用》(公开号104629232A)，将超顺磁性四氧化三铁纳米粒子分散到由甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，丙烯酸(AA)，交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)，光引发剂2-羟基-2-甲基-1苯基丙酮(HMPP)，乙二醇和水组成的溶液中，AA单体的浓度为0.483mmol/ml，EGDMA和HMPP的量均为HEMA和AA摩尔总量的4％，超顺磁性粒子在混合溶液中的浓度为1.2mg/ml，乙二醇和水的体积比为5:2。将混合液置于200Gs的外加磁场下，磁化1min后保持磁场不变同时采用紫外光照射，聚合5min后制备得到绿色柔性光子晶体链。反应完后用乙醇清洗、离心分离2-3次，最终产物分散在乙醇中。改变固化时磁场强度分别为400Gs和80Gs，采用相同方法制备得到蓝色和红色的光子晶体链。根据图1中本实施产物的的场发射扫描电镜图可知，所得产物是由单分散粒子组成的链状结构。图2中暗场下的光学显微照片表明光子晶体链在磁场下衍射亮绿色的结构色。实施例2将醋酸纤维素分散在N,N-二甲基甲酰胺溶液中，用玻璃棒快速搅拌至溶解，醋酸纤维素的质量1.16g，DMF的质量为13.34g。将聚乙二醇在60℃下熔融，将实施例1所得分散有光子晶体链的乙醇溶液和PEG溶液混合，并在加热条件下使乙醇完全蒸发。将醋酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能光子晶体纸，其包括醋酸纤维素(CA)多孔膜，所述的醋酸纤维素(CA)多孔膜的膜微孔中填充有磁性光子晶体纳米链的聚乙二醇分散液。

【技术特征摘要】
1.一种多功能光子晶体纸，其包括醋酸纤维素(CA)多孔膜，所述的醋酸纤维素(CA)多孔膜的膜微孔中填充有磁性光子晶体纳米链的聚乙二醇分散液。2.根据权利要求1所述的多功能光子晶体纸：其特征在于所述磁性光子晶体纳米链为超顺磁Fe3O4@PAA光子晶体纳米链，所述聚乙二醇的分子量为600～2000。3.一种多功能光子晶体纸的制备方法，其特征在于包括以下步骤：配制醋酸纤维素溶液，将其与分散有超顺磁Fe3O4@PAA光子晶体纳米链的聚乙二醇溶液混合，配成铸膜液；将铸膜液流延到基板上，施加磁场使铸膜液呈现超顺磁性Fe3O4@PAA光子晶体纳米链结构色，于恒温恒湿下反应得到多功能光子晶体纸。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述的超顺磁Fe3O4@PAA光子晶体纳米链的制备方法是：将超顺磁性四氧化三铁纳米粒子分散到丙烯酸(AA)的预聚液中，磁化后保持磁场不变同时采用紫外光引发聚合，得到超顺磁Fe3O4@PAA光子晶体纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：马会茹，马林，唐开，方凯，罗巍，官建国，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42