一种光子晶体彩色墨水及应用制造技术

本发明专利技术提供一种光子晶体彩色墨水，包括光子晶体颗粒和溶剂；所述光子晶体颗粒为表面包覆有SiO2层的磁性材料颗粒；所述磁性材料颗粒的形状为椭球形、棒状、球柱体或圆台。本发明专利技术中的彩色墨水的颜色由其形成的三维光子晶体的结构色显示，不同的结构周期显示不同颜色。通过外加磁场控制三维光子晶体的结构周期产生连续性变化，从而使墨水获得不同的颜色，并且颜色范围宽且连续可调，从紫色、蓝色、绿色、黄色、橙色、红色等均可显示。本发明专利技术还提供了一种光子晶体彩色墨水的应用。

A kind of photonic crystal color ink and its application

The invention provides a photonic crystal color ink, including photonic crystal particles and solvents. The photonic crystal particles are magnetic material particles coated with SiO2 layers on the surface, and the shapes of the magnetic material particles are ellipsoidal, rod shaped, spherical columns or circular tables. The color of the color ink in this invention is displayed by the structure color of the three dimensional photonic crystal formed by it, and the different structure cycles show different colors. The external magnetic field controls the continuous change of the structure period of the three dimensional photonic crystal, so that the ink gets different colors, and the color range is wide and continuous. It can be shown from purple, blue, green, yellow, orange, red and so on. The invention also provides the application of a kind of photonic crystal color ink.

【技术实现步骤摘要】
一种光子晶体彩色墨水及应用
本专利技术属于新材料及光子晶体
，尤其涉及一种光子晶体彩色墨水及应用。
技术介绍
光子晶体(PhotonicCrystal)是在1987年由S.John和E.Yablonovitch分别独立提出，是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。光子晶体即光子禁带材料，从材料结构上看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。与半导体晶格对电子波函数的调制相类似，光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波---当电磁波在光子带隙材料中传播时，由于存在布拉格散射而受到调制，电磁波能量形成能带结构。能带与能带之间出现带隙，即光子带隙。所具能量处在光子带隙内的光子，不能进入该晶体。光子晶体和半导体在基本模型和研究思路上有许多相似之处，原则上人们可以通过设计和制造光子晶体及其器件，达到控制光子运动的目的。光子晶体(又称光子禁带材料)的出现，使人们操纵和控制光子的梦想成为可能。简单地说，光子晶体具有波长选择的功能，可以有选择地使某个波段的光通过而阻止其它波长的光通过其中。这种结构控制反射波长的性质可应用为彩色显示、传感、滤波器等。本申请是将光子晶体作为墨水来进行彩色书写、打印。现对比现有技术：1)传统彩色墨水：主要包括颜料墨水和染料墨水。染料为水性墨水，其优点为：不会堵塞喷墨头，色彩艳丽，成本低；缺点是：不防水，在光下照射染料会分解从而褪色。颜料为油性墨水，其优点是褪色速度慢，不会洇墨，较耐水；其缺点为打印表面不平坦，图像无光泽，成本较高。2)光子墨水：得益于结构显色的特点，光子墨水相对于传统墨水有很多优势，如，可保存时间更长没有褪色，在强光照射下不会眩光等。如SuliWu报道了用不同尺寸CdS小球打印防伪图标(J.Phys.Chem.Lett.2017,8,2835)；YanlinSong报道了利用不同尺寸PS小球作为墨水进行打印(ACSAppl.Mater.Interfaces2014,6,13344，J.Mater.Chem.,2009,19,5499)。但是，上述光子墨水均存在以下缺点：一种尺寸的颗粒仅能显示一种颜色，如果要做多色书写就需要制备不同尺寸的颗粒墨水，并且颜色不连续，仅能显示几种特定的颜色。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光子晶体彩色墨水及应用，本专利技术中的一种尺寸的光子晶体彩色墨水能够显示多种颜色，且原材料全部为无机材料。本专利技术提供一种光子晶体彩色墨水，包括光子晶体颗粒和溶剂；所述光子晶体颗粒为表面包覆有SiO2层的磁性材料颗粒；所述磁性材料颗粒的形状为椭球形、棒状、球柱体或圆台。优选的，所述磁性材料颗粒的长轴尺寸为100～200nm；所述磁性材料颗粒的短轴尺寸为20～50nm。优选的，所述磁性材料为Fe3O4、γ-Fe2O3，Ni，Co和Fe中的一种或几种。优选的，所述光子晶体彩色墨水的质量分数为10～30％。优选的，所述SiO2层的厚度为15～100nm。优选的，所述溶剂为水、乙醇和乙二醇中的一种或几种。本专利技术提供一种光子晶体彩色墨水的应用，其特征在于，将上述光子晶体彩色墨水在磁场下书写，在干燥的过程中通过控制磁场方向获得不同颜色。优选的，所述磁场的强度为100～2000高斯。优选的，所述干燥的温度为10～80℃。本专利技术提供一种光子晶体彩色墨水，包括光子晶体颗粒和溶剂；所述光子晶体颗粒为表面包覆有SiO2层的磁性材料颗粒；所述磁性材料颗粒的形状为椭球形、棒状、球柱体或圆台。本专利技术中的彩色墨水的颜色由其形成的三维光子晶体的结构色显示，不同的结构周期显示不同颜色。通过外加磁场控制三维光子晶体的结构周期产生连续性变化，从而使墨水获得不同的颜色，并且颜色范围宽且连续可调，从紫色、蓝色、绿色、黄色、橙色、红色等均可显示。另外，本专利技术中的光子晶体彩色墨水还具有以下优点：一种颗粒可实现多种颜色；颜色连续可调，覆盖全可见光谱；不褪色；可回收重复利用；墨水为全无机材料，组成元素(铁，硅，氧)均无毒性；组装为三维光子晶体，颜色鲜艳、明亮；书写简便，仅需在磁场下干燥；形成不同颜色操控简单，仅需改变磁场方向；可在不同材料上书写或打印。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术中光子晶体彩色墨水的显色原理；图2为本专利技术实施例2中椭球形α-Fe2O3颗粒的TEM图片；图3为本专利技术实施例2中SiO2包覆Fe3O4的椭球形颗粒的TEM图片；图4为本专利技术实施例2中墨水的书写效果；图5为本专利技术图4中两种颜色所对应的波长。具体实施方式本专利技术提供了一种光子晶体彩色墨水，包括光子晶体颗粒和溶剂；所述光子晶体颗粒为表面包覆有SiO2层的磁性材料颗粒；所述磁性材料颗粒的形状为椭球形、棒状、球柱体或圆台。本申请提供了一种书写、打印用彩色墨水，利用具有磁性的各向异性颗粒用作光子晶体彩色墨水，特别是通过调控外加磁场方向获得不同颜色的理念。该墨水制备方法简便，无毒，成本低，易规模化制备。在本专利技术中，所述磁性材料优选为Fe3O4、γ-Fe2O3，Ni，Co和Fe中的一种或几种；所述磁性材料为具有长轴和短轴的立体形状，如，可以是椭球形、棒状、球柱体或圆台；所述磁性材料颗粒的长轴的尺寸优选为100～200nm，更优选为150～160nm；所述磁性材料颗粒的短轴的尺寸优选为20～50nm，更优选为30～40nm。在本专利技术中，所述光子晶体彩色墨水的颜色由其形成的三维光子晶体的结构色显示，不同的结构周期显示不同颜色。其原理由图1所示，图1为本专利技术中光子晶体彩色墨水的显色原理。外加磁场可以控制磁性椭球形颗粒的取向(颗粒的长轴会沿着磁场方向)。在不同方向磁场下干燥的墨水，会形成不同周期的结构。应用水平磁场、角度磁场和垂直磁场所能形成的周期结构分别为d1，d2和d3，且d1为此墨水颗粒所能形成的最短周期，d3为最长周期。根据布拉格方程这种周期结构与波长有一对应关系：λ＝2ndsinθ(λ是衍射波长，n是折射率，d晶面间距，θ是布拉格角度)。形成的周期结构不同，所以显示出不同颜色，颜色的波长λ和周期d正相关。从而墨水干燥过程中施加不同方向磁场即可获得不同颜色。颜色范围宽且连续可调，从紫色、蓝色、绿色、黄色、橙色、红色等均可显示。在本专利技术中，所述SiO2层的厚度优选为15～100nm，更优选为30～80nm，最优选为40～70nm，具体的，在本专利技术的实施例中，可以是60nm或65nm。所述SiO2层具有平衡磁性的功能，能够使磁性材料颗粒在磁场的作用下不聚团，仍能够均匀分散在溶剂中。在本专利技术中，所述溶剂优选为水、乙醇和乙二醇中的一种或几种。所述光子晶体彩色墨水的质量分数优选为10～30％，更优选为15～25％。在本专利技术中，所述光子晶体颗粒为尺寸高度均一的单分散颗粒所述光子晶体颗粒的长轴的尺寸优选为150～350nm，更优选为220～300nm；所述光子晶体颗粒的短轴的尺寸优选为50～200nm，更优选为120～180nm。在本专利技术中，所述磁性材料颗粒优选按照文献J.A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子晶体彩色墨水，包括光子晶体颗粒和溶剂；所述光子晶体颗粒为表面包覆有SiO2层的磁性材料颗粒；所述磁性材料颗粒的形状为椭球形、棒状、球柱体或圆台。

【技术特征摘要】
1.一种光子晶体彩色墨水，包括光子晶体颗粒和溶剂；所述光子晶体颗粒为表面包覆有SiO2层的磁性材料颗粒；所述磁性材料颗粒的形状为椭球形、棒状、球柱体或圆台。2.根据权利要求1所述的光子晶体彩色墨水，其特征在于，所述磁性材料颗粒的长轴尺寸为100～200nm；所述磁性材料颗粒的短轴尺寸为20～50nm。3.根据权利要求1所述的光子晶体彩色墨水，其特征在于，所述磁性材料为Fe3O4、γ-Fe2O3，Ni，Co和Fe中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的光子晶体彩色墨水，其特征在于，所述光子晶体彩色墨水的质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：何乐，李超然，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32